LUCHTZAK: EVOLUTIE, IN WELKE DIEREN HET WORDT AANGETROFFEN, FUNCTIES - BIOLOGIE - 2026

De luchtzakken zijn holtes permanente lucht in organismen. De aanwezigheid van deze zakjes in de botten wordt pneumaticiteit genoemd en hun vormingsproces tijdens botontwikkeling wordt pneumatisering genoemd.

De verdeling van deze zakjes in het lichaam van organismen is relatief gevarieerd. Ze kunnen aanwezig zijn in botten (skeletale pneumaticiteit) zoals de schedel, wervels, ribben, borstbeen en andere. Ze zijn ook aanwezig als onderdeel van het ademhalingssysteem van veel dieren.

Schedel van een Tyrannosaurus rex. Deze dieren hadden enorme, versmolten schedelbeenderen, maar toch hadden ze talloze kleine luchtruimten, waardoor ze lichter werden. Genomen en bewerkt vanuit AE Anderson, via Wikimedia Commons.

Wetenschappers geloven dat de ontwikkeling van luchtzakken de dieren die ze presenteren in staat stelt om balans te hebben of te verbeteren, hun lichaam efficiënt te koelen en de gasuitwisseling te vergroten.

De diversiteit aan organismen die deze zakjes bezitten, varieert van vogels en zoogdieren tot insecten. Zelfs vandaag is bekend dat dinosauriërs pneumatische botten hadden, dat wil zeggen botten met luchtzakken.

Evolutie

Van de huidige dieren hebben vogels het grootste aantal structuren met luchtzakken in hun lichaam. Vanuit evolutionair oogpunt zijn vogels de huidige afstammelingen van dinosauriërs.

Het is bekend dat vogels evolueren van kleine vleesetende dinosauriërs. Deze dinosauriërs leefden in het late Jura of later (ongeveer 152 tot 163 miljoen jaar geleden), volgens fossiele gegevens die in China en Zuid-Amerika zijn ontdekt.

Er wordt echter aangenomen dat de voorouder van alle huidige vogels in het late Krijt of later heeft geleefd (ongeveer 72 tot 100 miljoen jaar geleden). Deze voorouder overleefde de daaropvolgende 65 miljoen jaar die verstreken na het massaal uitsterven van de dinosauriërs.

Onderzoeker Peter Ward suggereerde in 2006 dat de eerste luchtzakken in dinosauriërs verschenen in organismen die leefden in het Trias (ongeveer 252 miljoen jaar geleden).

Deze structuur was een evolutionair karakter waardoor de organismen die het bezaten zich konden aanpassen aan de lage zuurstofniveaus die tijdens deze periode bestonden.

Dit kenmerk wordt momenteel gehandhaafd in de afstammelingen van dinosaurussen, vogels. De aanwezigheid van deze zakjes in andere zoölogische groepen kan te wijten zijn aan een mechanisme van parallelle of parafyletische evolutie.

In mensen

Aan de andere kant hebben wij mensen neusbijholten. Dit is een systeem van luchtholtes in het hoofd; in de frontale, ethmoid, wiggenbeenderen en in de bovenkaak.

Er is veel controverse over de evolutionaire aspecten van de neusbijholten bij Neanderthalers en moderne mensen. Het is niet zeker wat de oorsprong en evolutionaire functie is.

Een van de hypothesen die wordt voorgesteld over de aanwezigheid van deze luchtzakken, is aanpassing aan extreme kou. Veelbesproken onderwerp en met veel tegenstanders.

De aanwezigheid van luchtzakken bij mensachtigen en andere gewervelde dieren is ook een controversieel onderwerp in de evolutie. Deze zakjes zijn verschenen en verdwenen in verschillende groepen, zelfs in niet-verwante geslachten.

Er zijn verschillende hypothesen voorgesteld over de aanwezigheid van pneumatisering of luchtruimten in de schedel van gewervelde dieren. Van deze hypothesen vallen de volgende op: aanpassingen aan kou, verspreiding van de kauwkracht, verlichting van de schedel en opslag van stoffen.

In welke dieren worden luchtzakken aangetroffen?

De eerste bekende organismen die luchtzakken presenteerden, waren dinosauriërs. Ze waren aanwezig in de groep Ptrosauriërs (Vliegende Dinosaurussen) en Saurischiërs.

De laatste werden vertegenwoordigd door de pteropoden (zoals de tyrannosaurus rex) en de sauropoden (zoals de grote lange halzen).

Van de huidige dieren zijn vogels degenen met het grootste aantal luchtzakken in het lichaam. Ze zijn aanwezig in alle of de meeste vogelsoorten.

Deze structuren worden ook aangetroffen bij andere gewervelde dieren, zoals zoogdieren, zowel in de botten als in een deel van het ademhalingssysteem.

Andere dieren met luchtzakken of structuren die als zodanig worden genoemd, zijn insecten. Deze geleedpotigen hebben luchtzakken als onderdeel van hun ademhalingssysteem. Ze zijn aanwezig als dilataties of expansies van de luchtpijpen.

Kenmerken

Op dinosaurussen

Er zijn verschillende hypothesen naar voren gebracht over de functionaliteit van skeletale en niet-skeletachtige luchtzakken bij dinosauriërs.

De aanwezigheid van deze ruimtes zou erop kunnen wijzen dat het hen in deze organismen hielp om een ​​hoge metabolische activiteit te hebben, aangezien de zakjes de ademhalingscapaciteit verhoogden.

Sommige auteurs stellen ook voor dat de luchtzakken dienden om het evenwicht te verbeteren en de rotatietraagheid te verminderen. Deze laatste hypothese is echter zeer omstreden, omdat deze niet van toepassing is op groepen zoals de Sauropoden.

Een andere hypothetische functie van luchtholtes is het reguleren van de lichaamstemperatuur. De aanwezigheid van veren die het lichaam bedekken, of de vluchtactiviteit, kan het lichaam verwarmen.

De zakken zouden dan dienen als middel om overtollige warmte af te voeren. De aanwezigheid van pneumatische botten bij dinosauriërs zorgde ervoor dat ze lichtere botten hadden en vergemakkelijkte de evolutie van gigantische levende vormen.

Bij vogels

Bij vogels kunnen niet-benige luchtzakken worden gezien als kleine kamers die opzwellen en leeglopen. Dit veroorzaakt een gasstroom in een aparte kamer, analoog aan wat er in de longen gebeurt.

Ze vertonen ook benige luchtholtes. Door de aanwezigheid van deze ruimtes konden de vogels lichtere botten hebben. Hierdoor konden de meeste van deze organismen op hun beurt vliegen.

Bovendien hielp het hen om zeer efficiënte ademhalingssystemen te hebben, de skeletmassa te verdelen en men gelooft zelfs dat het sommige vogels in staat stelt om op grote hoogte te vliegen.

Niet-skeletachtige luchtzakken in vogels en dinosaurussen. Genomen en bewerkt vanuit CNX OpenStax, via Wikimedia Commons.

Bij zoogdieren

Bij zoogdieren zijn er luchtzakken in de zogenaamde neusbijholten. Dit zijn divertikels die tot de neusholte behoren. Ze bevatten lucht en maken deel uit van de botten van de schedel.

Er zijn verschillende hypothesen over de functies van deze pneumatische structuren. Deze hypothesen omvatten verlichting van de schedel, warmte-uitwisseling en dissipatie, en gebruik voor slijmafscheiding.

De studie van deze functies is uitgevoerd met dieren zoals paarden, herkauwers, carnivoren, kleine huisdieren (honden en katten), zelfs bij mensen.

Bij insecten

De luchtzakken van insecten zijn kamers met een grote capaciteit voor expansie. Ze worden geassocieerd met de luchtpijp en hun functie is om lucht op te slaan en de vlucht te vergemakkelijken.

Referenties

1. Luchtzak. Anatomie. Opgehaald van britannica.com.
2. Skeletale pneumaticiteit. Opgehaald van en.wikipedia.org.
3. De oorsprong van vogels. Opgehaald van evolution.berkeley.edu.
4. P. Ward (2006). Uit het niets: dinosaurussen, vogels en de oude atmosfeer van de aarde. National Academies Press.
5. V. Dressino en SG Lamas (2014). Controverses over de evolutionaire rol van paranasale sinuspneumatisering bij mensen en Neanderthalers als een aanpassing aan extreme kou. Ludus Vitalis.
6. Matt Wedel: Jagen op de opblaasbare dinosaurus. Opgehaald van ucmp.berkeley.edu
7. H. Brooks. (2018). Met pneumatische botten kunnen wetenschappers de evolutie van de ademhaling bij vogels en dinsoauriërs bestuderen. Opgehaald van upi.com.
8. R. Zárate, M. Navarrete, A. Sato, D. Díaz, W. Huanca (2015). Anatomische beschrijving van de neusbijholten van de alpaca (Vicugna pacos). Journal of Veterinary Research of Peru.