นักวิจัยได้ติดตั้งอิเล็กโทรดให้กับงูและสแกนพวกมันโดยใช้รังสีเอกซ์เพื่อดูว่านักล่าที่งอสามารถบินขึ้นไปในอากาศได้อย่างไร
เมื่อขดตัวอยู่รอบๆ กิ้งก่าหรือบังคับนก งูเหลือมจะไม่ทำให้เหยื่อหายใจไม่ออก แต่งูจะบีบเหยื่อที่โชคร้ายจนตายโดยตัดการไหลเวียนโลหิตของเป้าหมายออก แต่นักวิทยาศาสตร์มักสงสัยว่าตัวงูเองช่วยให้หายใจไม่ออกในระหว่างกระบวนการได้อย่างไร งูเหลือมสามารถหายใจได้แม้ในขณะที่ปอดของพวกมันถูกบีบอย่างแน่นหนาในระหว่างการหดตัวและไม่สามารถรับอากาศได้ตามปกติ
ขณะนี้ผลการศึกษาที่ตีพิมพ์ในวารสาร Experimental Biologyได้เปิดเผยความลับของการหายใจของงูเหลือม ในนั้น นักวิจัยแสดงให้เห็นว่างูที่ปรับตัวได้เปลี่ยนไปสู่การหายใจแบบต่างๆ โดยใช้ส่วนหลังของปอดและลำตัวยาวของพวกมันเพื่อให้ออกซิเจนไหลผ่านแม้ในขณะที่บีบเหยื่อจนตาย ผู้เขียนตั้งทฤษฎีว่าการปรับเปลี่ยนการหายใจอันน่าทึ่งของงูเหลือมอาจมีวิวัฒนาการย้อนหลังไปในประวัติศาสตร์ของพวกมัน และทำให้พวกมันสามารถใช้วิธีการปราบเหยื่อและกินเหยื่อได้อย่างมีประสิทธิภาพในภายหลัง
เมื่อไม่ได้บีบเหยื่อ งูเหลือมจะหายใจโดยการเคลื่อนไหวของซี่โครง ขยายและหดตัวของกล้ามเนื้อโดยรอบในลักษณะคล้ายหีบเพลงเพื่อเติมเต็มปอดและหายใจออกอีกครั้ง การหายใจนี้มักเกิดขึ้นใกล้ด้านหน้าของงู รอบหัวใจของมัน แต่งูใช้ส่วนลำตัวและซี่โครงส่วนเดียวกันเพื่อบีบเอาชีวิตออกจากนกหรือสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมขนาดเล็ก และเมื่อถูกขังอยู่รอบๆ เหยื่อนั้น งูส่วนนี้จะไม่สามารถเคลื่อนไหวหรือให้ออกซิเจนได้ตามปกติ
นักวิทยาศาสตร์ได้เห็นร่างของงูที่เคลื่อนไหวในลักษณะต่างๆ ในระหว่างการล่าและให้อาหาร และสงสัยว่าเกิดอะไรขึ้นกันแน่ “การดูสัตว์บีบรัด เราพบว่าพวกมันหายใจด้วยบริเวณที่ต่างจากตอนที่พวกมันพักผ่อน โดยใช้บริเวณเหล่านั้นกลับเข้าไปในร่างกาย เราจึงสร้างการทดลองเพื่อแยกแยะความแตกต่าง” นักนิเวศวิทยา John กล่าว Capano จาก Brown University ผู้ร่วมเขียนการศึกษาใหม่นี้
Capano กล่าวว่านักวิทยาศาสตร์งงงวยมานานหลายปีเกี่ยวกับปอดที่ยาวมากของงู และการปรับการหายใจก็ทำได้ โดยเฉพาะอย่างยิ่งเนื่องจากปอดส่วนหลังของพวกมันเป็นถุงคล้ายบอลลูนโดยไม่มีหลอดเลือดเพียงพอที่จะส่งออกซิเจนไปยังกระแสเลือดได้อย่างมีประสิทธิภาพ กลุ่มของเขาสงสัยว่างูสามารถสลับส่วนต่าง ๆ ของซี่โครงและปอดที่พวกมันเคยหายใจ ขึ้นอยู่กับว่าพวกมันนอนอยู่รอบๆ พักผ่อน บีบเอาชีวิตออกจากกิ้งก่า หรือย่อยอาหารมื้อใหญ่
เพื่อหาว่างูจัดการได้อย่างไร กลุ่มจึงใช้วิธีรัดเอง นักวิจัยได้ใช้เครื่องวัดความดันโลหิตที่ซี่โครงของงูเหลือมเพื่อป้องกันไม่ให้หายใจด้วยบางส่วนของซี่โครงในช่วงเวลาที่กำหนด “เราสร้างสถานการณ์จำลองเพื่อจำลองสิ่งที่เกิดขึ้นกับการหดตัว เพียงป้องกันไม่ให้กรงซี่โครงขยายออกไปอีก และสร้างสิ่งที่เราเห็นว่าพวกมันทำขึ้นใหม่เมื่อบีบรัดและรับประทานอาหารในสภาพแวดล้อมที่เป็นธรรมชาติ” Capano กล่าว
จากนั้นทีมได้รวบรวมข้อมูลสองประเภทเพื่อให้ได้ภาพที่สมบูรณ์ของความสามารถในการหายใจของงู พวกเขาใช้รังสีเอกซ์เพื่อให้เห็นภาพว่าซี่โครงของงูเคลื่อนไหวอย่างไรระหว่างการหายใจ พวกเขายังใส่อิเล็กโทรดบนงูเพื่อบันทึกกิจกรรมทางไฟฟ้าของกล้ามเนื้อหากถูกกระตุ้นโดยเส้นประสาทและเมื่อใด
กลุ่มพบว่ากล้ามเนื้อซี่โครงที่อยู่ด้านหน้าของสัตว์นั้นหยุดทำงานเมื่อถูกบีบรัด เพียงเพื่อเริ่มยิงในส่วนอื่น ๆ ของงูต่อไป ในขณะที่งูกำลังบีบรัดเหยื่อเพื่อหยุดการไหลเวียนของเลือดและไม่สามารถใช้ส่วนข้างหน้าของซี่โครงของมันได้ พวกมันก็เปลี่ยนไปใช้ปอดส่วนหลังแทน การใช้ซี่โครงด้านหลังปั๊มลักษณะเหมือนถุงลม งูดึงออกซิเจนผ่านบริเวณที่ตีบ และทำให้สัตว์หายใจได้แม้ในขณะที่ห่อหุ้มเหยื่อไว้แน่น
Michael W. Caldwell นักชีววิทยาด้านวิวัฒนาการและผู้เชี่ยวชาญด้านงูที่ไม่เกี่ยวข้องกับการศึกษานี้ กล่าวว่าการหายใจอาจเป็นปัญหาที่แท้จริงสำหรับงูจำนวนมากในขณะที่พวกมันกินอาหารมื้อใหญ่ “ในกรณีของการกดทับของกล้ามเนื้ออย่างรุนแรง ดูเหมือนเป็นไปไม่ได้ที่จะหลีกเลี่ยงการปิดการระบายอากาศของปอดในเวลาเดียวกัน” คาลด์เวลล์แห่งมหาวิทยาลัยอัลเบอร์ตากล่าว ในทางกลับกัน เนื่องจากการหดตัวต้องใช้เวลาและความพยายามอย่างมาก จึงไม่น่าแปลกใจที่งูจะพัฒนาวิธีหายใจต่อไปในระหว่างทำงาน Caldwell กล่าว “การศึกษาได้เปิดเผยคุณสมบัติใหม่หลายประการของการช่วยหายใจในปอดซึ่งไม่เป็นที่รู้จัก แต่สมเหตุสมผล”
งูเหลือมตัวฉกาจฉกรรจ์ไม่จำเป็นต้องสนุกกับการมีส่วนร่วมในการทดสอบและการต่อต้านของพวกเขาได้ผลจริงเพื่อประโยชน์ของทีม “พวกเขาจะตั้งรับ และมีเสียงฟู่ๆ มากมายที่พยายามจะดึงผมให้หนีจากพวกเขา” คาปาโนกล่าว “เรากำลังพูดว่า ‘นี่มันเจ๋งมาก!’ เพราะมันเต็มไปด้วยอากาศเมื่อพวกมันฟูมฟายไปทั้งตัว ดังนั้นเราจึงสูดลมหายใจที่ใหญ่โตที่สุดเท่าที่เราจะบันทึกได้”
ในช่วงแรกๆ ของการเปลี่ยนผ่านสู่ชีวิตบนบก หลายสายพันธุ์ได้พัฒนาการหายใจโดยใช้หน้าอกเป็นฐานซึ่งอาศัยการเคลื่อนไหวของกระดูกซี่โครงในการสูดอากาศ เมื่อเวลาผ่านไป บางคนได้พัฒนาวิธีแก้ปัญหาอื่นๆ สัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมพัฒนาไดอะแฟรมเพื่อลดความสำคัญของกระดูกซี่โครงในการหายใจ เนื่องจากซี่โครงยังเป็นกุญแจสำคัญสำหรับความมั่นคงเมื่อวิ่ง ซึ่งจะเป็นการยากที่จะวิ่งและหายใจได้ดีในเวลาเดียวกันเมื่อซี่โครงมีส่วนในการช่วยหายใจ จิ้งจกยังคงต่อสู้กับปัญหานี้ พวกเขาใช้ซี่โครงในการหายใจและช่วยให้ทรงตัวในขณะวิ่ง และยิ่งวิ่งเร็วเท่าไร การหายใจก็ยิ่งลดลง
งูไม่วิ่งหนี แต่ Capano และเพื่อนร่วมงานสงสัยว่าตลอดประวัติศาสตร์อันยาวนานของการวิวัฒนาการของงูความสามารถของงูเหลือมในการใช้ส่วนต่างๆ ของกรงซี่โครงของพวกมัน การหายใจด้วยส่วนต่างๆ ของปอด มีแนวโน้มที่จะพัฒนาเพื่อช่วยพวกมัน และต่อมา เปิดใช้งานความสามารถของพวกเขาบีบเหยื่อเป็นวิธีการให้อาหาร
“ฉันชอบสมมติฐานของพวกเขามากที่ว่าโมดูลาร์ในการช่วยหายใจในปอดอาจไม่ใช่แค่นวัตกรรมแรกๆ ในการวิวัฒนาการของงู แต่เป็นสิ่งที่ ‘จำเป็น’ ก่อนวิวัฒนาการของการหดตัวเป็นวิธีการปราบเหยื่อ” คาลด์เวลล์เขียนในอีเมล
Capano ตั้งข้อสังเกตว่าบางแง่มุมที่ไม่รู้จักของการหายใจงูเหลือมจำเป็นต้องแก้ให้หายยุ่ง “เราไม่รู้ว่าพวกมันสามารถหายใจและเคลื่อนไหวไปพร้อมกันได้หรือไม่” เขากล่าว หากนิสัยการหายใจที่ยืดหยุ่นของงูช่วยให้พวกมันบีบเหยื่อ พวกมันอาจช่วยให้พวกมันคลุมดิน Capano กล่าวว่า “ซี่โครงของพวกเขามีส่วนเกี่ยวข้องกับการเคลื่อนไหว ดังนั้นความสามารถในการเปลี่ยนตำแหน่งที่หายใจไปตามร่างกายอาจช่วยให้พวกเขาแก้ปัญหาการหายใจและการเคลื่อนไหวไปพร้อม ๆ กันได้”
และในขณะที่การวิจัยจำกัดอยู่เพียงสายพันธุ์เดียว เป็นไปได้ว่าความสามารถในการหายใจของงูเหลือมอาจช่วยงูที่ไม่หดตัวช่วยแก้ปัญหาอื่นๆ เช่น การหายใจด้วยลำไส้ที่เต็มไปด้วยอาหารมื้อใหญ่ ตัวอย่างเช่น งูพิษยังมีปอดที่ยาวอย่างไม่น่าเชื่อ ซึ่งประกอบไปด้วย 70 หรือ 80 เปอร์เซ็นต์ของความยาวร่างกาย และพวกมันยังกินเหยื่อขนาดมหึมาที่กินเข้าไปเต็มร่างกายและกดทับปอดของพวกมัน
เป็นไปได้ว่างูเหล่านี้อาจเปลี่ยนการหายใจด้วยส่วนต่างๆ ของร่างกาย ทำให้พวกมันสามารถย่อยอาหารที่จะทำให้นักล่าที่ปรับตัวได้ตายถึงตาย ซึ่งกัดมากกว่าที่จะเคี้ยวได้
