Tracheální žábry potápníků

Každý, kdo četl Ferdu Mravence, ví, že potápníci nedýchají žábrami kyslík rozpuštěný ve vodě, ale přímo vzdušný kyslík, který berou ze vzduchové bubliny pod krovkami. Pokud budete sledovat potápníky v teplé tůňce, uvidíte je každou chvíli vystoupat k hladině, kde se samozřejmě nenadechují ústy, ale zdánlivě zadečkem – pootevřou dutinu pod krovkami na jejich konci. Doba, po kterou potápník vydrží pod hladinou bez „nadechnutí“, kolísá od několika minut až do 24 hodin podle druhu brouka, jeho aktivity a teploty vody.

Ukázalo se však, že některé druhy potápníků vydrží potopené celé týdny. Existují jeskynní druhy, které se ke vzduchu prakticky nedostanou. Předpokládalo se, že využívají prostou výměnu plynů skrze kutikulu, což však může postačovat jen u malých organismů. Pokud bublina vyčnívá zpod krovek do volné vody, může omezeně fungovat jako fyzikální žábry.

Pečlivému zkoumání byl podroben proudomilný potápník Deronectes aubei, který přežívá potopený pod hladinou přes šest týdnů. Vzdálenosti vnitřních orgánů od povrchu těla jsou u tohoto 4 až 5 mm velkého brouka příliš velké na to, aby stačila prostá difuze plynů skrze kutikulu. Jeho krovky jsou ovšem velmi silně protkány vzdušnicemi. Skenovací a transmisní elektronový mikroskop ukázaly, že chlupy na povrchu krovek jsou duté, vyplněné vzduchem, spojené se vzdušnicemi rozvětvenými v krovkách a po těle.

Když potápníkům D. aubei znemožnili vytvořit bublinu vyčnívající zpod krovek, spotřeba kyslíku se nezmenšila. Naproti tomu u potápníků druhu Hydroporus palustris bylo dýchání pomocí difuzní výměny plynů na povrchu vyčnívající bubliny to jediné, které uměli využít. Dýchání skrze velký povrch chlupů vysvětluje omezení potápníků D. aubei na prudké řeky a potoky s vysokou koncentrací kyslíku. Stejný mechanismus může fungovat u podzemních potápníků.

Existence chlupových tracheálních žáber je unikátní nejen u potápníků, ale u dospělého hmyzu vůbec. Jejich přítomnost u druhů žijících v bystřinách, ale přitom u dna, kde voda tak moc rychle neproudí, a zároveň u podzemních druhů podporuje již dřívější hypotézu o vzniku podzemních druhů z druhů bystřinných. Pro druhy v prudce tekoucí vodě představuje nově objevený způsob dýchání adaptaci proti odnášení daleko po proudu, ke kterému by při vynořování muselo dojít. (J. Morphol. 270, 1348–1355, 2009)