การไหลของอากาศทางเดียวที่คิดว่ามีเฉพาะในนกอาจทำให้สัตว์เลื้อยคลานหลายตัวดำเนินต่อไป
คอลลีนชาวนาอยู่คนเดียวในคืนหนึ่งเพื่อผ่าจระเข้ เว็บสล็อต เธอให้ความสำคัญกับการไหลเวียนของเลือดในหัวใจ จู่ๆ ก็มีสมมติฐานเกี่ยวกับปอดของสัตว์ปรากฏขึ้น ในการกวาดครั้งเดียว เธอตระหนักว่าสิ่งที่นักสรีรวิทยาได้สันนิษฐานไว้เป็นเวลาหลายสิบปีเกี่ยวกับวิวัฒนาการของกระแสลมในจระเข้ สัตว์เลื้อยคลานที่มีชีวิตอื่นๆ นก และบางทีแม้แต่ไดโนเสาร์ก็อาจเป็นสิ่งที่ผิดอย่างน่าตกใจ
ปอดฟังดูง่าย: อากาศเข้า อากาศออก แต่เช่นเดียวกับการหายใจ ปอดนั้นง่ายที่จะยอมรับและเต็มไปด้วยปริศนาที่ไม่คาดคิด ในห้องทดลองที่ไม่มีหน้าต่างของเธอที่มหาวิทยาลัยยูทาห์ ชาวนาไตร่ตรองคำถามพื้นฐานสองข้อ : อากาศในปอดไหลไปทางไหนจริงๆ และวิวัฒนาการไปในทางนั้นอย่างไร
ในคนอากาศไหลเหมือนกระแสน้ำ หายใจเข้าและอากาศหายใจเข้า หายใจออกและอากาศลดไปตามเส้นทางเดียวกัน ออกซิเจนหมดและเต็มไปด้วยก๊าซเสีย นักสรีรวิทยาเชื่อว่าสัตว์มีกระดูกสันหลังอื่นๆ มีกระแสน้ำแบบสองทิศทางร่วมกัน ยกเว้นนก
การหายใจของนกถือว่ามีประสิทธิภาพมากกว่า ไม่มีการหยุดทำงานในขณะที่ลมหายใจที่ใช้แล้วจะล้างออกจากทางเดินหายใจเพื่อให้มีที่ว่างสำหรับการสูดดมครั้งต่อไป เมื่ออากาศบริสุทธิ์ไปถึงปอด มันจะไหลไปในทิศทางเดียวผ่านท่อเป็นวงๆ ที่ซับซ้อนในบริเวณที่สำคัญซึ่งหลอดเลือดจะแลกเปลี่ยนก๊าซ นักชีววิทยาได้โต้เถียงว่าวิวัฒนาการของปอดที่มีประสิทธิภาพมากขึ้นช่วยให้นกพัฒนาวิถีชีวิตที่มีราคาแพงจากการเผาผลาญของนักกีฬาทางอากาศ นกทำให้ร่างกายอบอุ่นโดยไม่คำนึงถึงสภาพแวดล้อม และบินขึ้นสู่ท้องฟ้า
ไม่มีประตูกั้นหรือลิ้นเนื้อในปอดของนกที่สร้างกระแสน้ำทางเดียวที่น่าทึ่ง เรขาคณิตไม่หลอกลวง ปรากฏการณ์แปลก ๆ ที่เรียกว่า “วาล์วแอโรไดนามิก” บังคับอากาศผ่านทางเดินเปิด โดยอาศัยมุมและรูปร่างของทางเดินที่แตกแขนง
สิ่งที่เกิดขึ้นอย่างกะทันหันกับชาวนาก็คือปอดของสัตว์อย่างจระเข้อาจมีวาล์วแอโรไดนามิกที่ไม่มีใครสังเกตเห็น หากจระเข้หายใจด้วยปอดแบบทางเดียว และเธอมีลางสังหรณ์ว่าจะทำ บางทีสัตว์อื่นๆ ที่ทั้งไม่บินหรือรักษาร่างกายให้อบอุ่นตลอดเวลาก็เช่นกัน ถ้าเธอพูดถูก ความคิดที่ว่าปอดแบบทางเดียวมีต้นกำเนิดมาจากอุปกรณ์ช่วยกีฬาในนกก็เป็นเพียงการสิ้นเปลืองก๊าซจากสมมติฐานเท่านั้น
ในช่วงเวลาดึกที่ไม่ธรรมดานั้น Farmer ได้คิดถึงแนวคิดอื่น ตามที่เธออธิบายไว้ในวารสารPhysiologyในเดือนกรกฎาคม การไหลแบบทางเดียวก็มีความสำคัญสำหรับจระเข้และสัตว์ที่ซุ่มซ่อนตัวอื่นๆ ด้วย “มันเป็นเรื่องของการกลั้นหายใจได้ดีขึ้น” เธอนึกถึงการครุ่นคิด
เส้นทางของความคิดของเธอตั้งแต่สมองวาบหวามไปจนถึงเอกสารที่ตีพิมพ์หลายฉบับไม่ใช่เสียงโห่ร้องที่ราบรื่นตามหลักอากาศพลศาสตร์ ชาวนาต้องคิดค้นเทคนิคในการวัดที่ไม่เคยมีใครทำมาก่อน ซึ่งเป็นกระบวนการที่ยุ่งเหยิงที่เกี่ยวข้องกับเพลิงไหม้ในอาคารและบริษัทจัดหาโรงละคร เธอได้รับมือกับความไม่เชื่อ ความสงสัย และแรงกดดันอันเข้มข้นของความสำเร็จ เรื่องราวของเธอแสดงให้เห็นว่าวิวัฒนาการของปอด “ธรรมดา” นั้นขัดกับสัญชาตญาณเพียงใด
ลมหายใจริมชายหาด
จากจุดเริ่มต้น เรื่องราวของปอดของสัตว์มีกระดูกสันหลังเต็มไปด้วยความบิดเบี้ยว นักสัณฐานวิทยาที่ใช้งานได้เอลิซาเบธ เบรเนิร์ดแห่งมหาวิทยาลัยบราวน์กล่าว สิ่งที่ดูเหมือนวิธีที่ง่ายที่สุดสำหรับบางสิ่งที่จะพัฒนาขึ้นนั้นแทบจะไม่เกิดขึ้นเลย และอย่าหลงเชื่อการ์ตูน
ภาพล้อเลียนของปลาโบราณที่คลานขึ้นจากน้ำสู่ฝั่งได้ส่งเสียงพูดที่สนุกสนานออกมามากมาย พวกเขาจินตนาการถึงสถานการณ์ที่น่าดึงดูดที่ปอดพัฒนาขึ้นเมื่อปลาที่หายใจด้วยเหงือกเข้าไปในอากาศที่หายใจไม่ออก “ผิด” Brainerd กล่าว
“ปลาไม่ได้คลานออกมาและพัฒนาปอดและแขนขาอย่างแน่นอน” เธอกล่าว ลักษณะเด่นบนบกที่คาดคะเนเหล่านี้เกิดขึ้นหลายสิบล้านปีก่อนที่สัตว์มีกระดูกสันหลังใดๆ จะเข้ามาตั้งรกรากที่ชายทะเลเมตรแรก สิ่งมีชีวิตที่ทำการล่าอาณานิคมในที่สุดมีปอดและแขนขานานก่อนที่พวกมันจะจมูกออกจากน้ำ
การหายใจด้วยอากาศมีประโยชน์แม้ในน้ำ และเกิดขึ้นในปลาบางชนิดอย่างน้อย 38 ครั้ง Brainerd note เมื่อน้ำนิ่ง สัตว์ที่สามารถโผไปที่ผิวน้ำเพื่อกลืนออกซิเจนในอากาศจะมีโอกาสรอดมากกว่า และปอดเป็นเพียงทางเลือกหนึ่งสำหรับการสูดอากาศในน้ำ ปลาพัฒนาอ่างเก็บน้ำภายในปากและเหนือเหงือก บางคนเพียงแค่กลืนฟองอากาศที่ปล่อยออกซิเจนไปยังหลอดเลือดในลำไส้ก่อนที่จะหายใจออกทางทวารหนัก
การหายใจด้วยอากาศได้รับการพิสูจน์แล้วว่ามีความสำคัญต่อการเอาชีวิตรอดบนพื้นดินแห้ง แต่นั่นไม่ใช่สิ่งที่สำคัญในต้นกำเนิด Brainerd เน้นย้ำในภาพรวมของประวัติปอดที่เธอเขียนสำหรับหนังสือGreat Transformations in Vertebrate Evolutionซึ่งตีพิมพ์ในเดือนกรกฎาคม เหตุการณ์สำคัญๆ มากมายในประวัติศาสตร์ของสัตว์มีกระดูกสันหลัง เช่น การปล่อยให้โลกน้ำแห้ง อาศัยกายวิภาคศาสตร์หรือสรีรวิทยาที่วิวัฒนาการไปแล้ว แต่เธอประจบประแจงที่เน้นย้ำคุณลักษณะที่พัฒนาแล้วมากเกินไปในฐานะการเตรียมการ ซึ่งบางครั้งเรียกว่า “การปรับล่วงหน้า” สำหรับการเปลี่ยนแปลงครั้งใหญ่ที่จะเกิดขึ้น บรรพบุรุษได้ปรับตัวเข้ากับที่ที่พวกเขาอาศัยอยู่ ไม่มีการคาดเดาว่าพวกเขาจะไปที่ไหน วิวัฒนาการกล่าวว่า “ไม่มีเจตนา” เว็บสล็อต
