Einbahnstraßen in der Alligatoren-Lunge

Salt Lake City (USA) - Alligatoren atmen wie Vögel: Der Luftstrom in den von der Luftröhre abzweigenden Atemwegen verläuft wie auf Einbahnstraßen in eine Richtung und nicht wie bei Säugern bidirektional. Bisher galt die Annahme, dass die unidirektionale Atmung einzigartig für Vögel ist. Doch eine Reihe von Untersuchungen amerikanischer Forscher an Alligatoren zeigt jetzt, dass dies nicht der Fall ist. Offenbar ist diese Art der Atmung in der Evolution bereits früher entstanden als angenommen, berichten die Wissenschaftler in "Science". Die Reptilien schaffen dies überdies ganz ohne Luftsäcke. Dies belegt, dass diese Spezialisierung der Vogellunge nicht zwingend notwendig für diese Art der Atmung ist.

"Unsere Daten liefern Beweise, dass unidirektionaler Luftstrom dem Ursprung von Flug- und Dinosauriern sowie Vögeln vorausgegangen ist und sich bei einem gemeinsamen Vorfahren der Abstammungslinie von Krokodilen und Vögeln entwickelt hat", erläutert C. G. Farmer von der University of Utah in Salt Lake City. Gemeinsam mit ihrem Kollegen Kent Sanders hatte die Biologin den Weg des Atems bei Alligatoren unter die Lupe genommen. Dazu implantierten die beiden Forscher nicht nur sechs lebenden Alligatoren kleine Messgeräte in die Lungen, welche Geschwindigkeit und Richtung der Atemluft maßen. Sie untersuchten auch die Lungen verstorbener Tiere, indem sie Luft durch die Atemwege leiteten. Durch die Lunge eines weiteren toten Tieres schickten sie Wasser mit winzigen fluoreszierenden Kügelchen und machten Videoaufnahmen von dem Fluss.

Eingeatmete Luft erreicht durch die Luftröhre zwei erste Verzweigungen und von dort die Lungenflügel. Während bei Säugern die Luft bis in die feinsten Verzweigungen gelangt, wo der Austausch von Sauerstoff und Kohlendioxid mit dem Blut stattfindet, und von dort den gleichen Weg wieder zurück nimmt, verläuft der Luftstrom in der Alligatorlunge in den engeren Atemwegen nur in eine Richtung. Eine der ersten größeren Verzweigungen in der Lunge lässt der Strom aus. Der Weg beschreibt dann eine Haarnadelkurve, wodurch der Luftstrom wie durch eine Art aerodynamisches Ventil in eine Richtung gezwungen wird. Von dort strömt die Luft weiter in die immer feineren Verzweigungen der Bronchien zum Gasaustausch mit dem Blut. Immer noch in einer Richtung unterwegs, strömt die nun sauerstoffarme Luft weiter und gelangt schließlich über die zunächst ausgelassene Abzweigung wieder zurück in die großen Hauptatemwege.

Da die Luft selbst in isolierten Lungen noch nur in eine Richtung verläuft, geht Farmer davon aus, dass keine anderen Organe daran beteiligt sind - etwa Luftsäcke oder die Leber, welche die Atmung wie ein Hubkolben unterstützt. Die Luftsäcke bei Vögeln, so Farmers Vermutung, spielen weniger eine Rolle für die unidirektionale Atmung als vielmehr für die präzise Umverteilung von Gewicht für komplexere Flugmanöver.