Wie könnte sich ein effizientes Atmungssystem für riesige Arthropoden entwickeln?

Einer der wichtigsten Aspekte, um riesige Arthropoden-Kreaturen in erdähnliche Bedingungen zu bringen, ist das Erfordernis eines effizienteren Atmungssystems; Das derzeitige System ist nicht in der Lage, riesige Tiere zu ernähren, da es sich um ein offenes Atmungssystem handelt. Sauerstoff wird direkt zu den Geweben diffundiert und bei Insekten passiv und bei Spinnentieren und Krebstieren teilweise aktiv über Buchlungen aus der Atmosphäre aufgenommen.

Die größten Arthropoden hatten ihren Boom in einer Zeit, in der der Luftsauerstoff um etwa 10 % höher war als heute. Und die den Arthropoden am nächsten stehende Gruppe, die ein geschlossenes Atmungssystem entwickelte, waren Kopffüßer, was darauf hinweist, dass der gemeinsame Vorfahre dieser Gruppen ein offenes Atmungssystem hatte. Es ist immer noch schwer zu bestimmen und zu überlegen, wie dies möglich wäre.

Wie könnten sie sich ausgehend von den aktuellen Strukturen, die verschiedene Arthropoden haben, weiterentwickeln, um den Anforderungen eines größeren Lebewesens gerecht zu werden (Luft aus der Atmosphäre zu entnehmen, um Sauerstoff in das innere Gewebe zu bringen)?

Grundsätzlich sucht diese Frage nach einer Reihe von Mechanismen und Prozessen, die sich entwickeln und erscheinen müssen, und wie sie funktionieren würden, um dies zu ermöglichen.

Ich denke auch, dass diese Frage in eine andere unterteilt werden kann, bei der es um das Herz-Kreislauf-System geht.

Möglicherweise verwandt (aber kein Duplikat): worldbuilding.stackexchange.com/q/186750/21222
Und wie groß wären Ihre riesigen Arthropoden? Für mich ist zum Beispiel eine 30cm Spinne schon eine Rechtfertigung für Massenvernichtungswaffen und die gibt es.
Kann es sein, dass Sie Arthropoden (das Phylum) mit Insekten ( eine der Klassen in diesem Phylum) verwechseln? Die meisten Arthropoden haben Kiemen oder Lungen, die Gase auf die übliche Weise austauschen und das Blut mit Sauerstoff anreichern; nur Insekten haben ein Atmungssystem, das das Gewebe direkt mit Sauerstoff versorgt, wobei ihre Hämolymphe am Sauerstofftransport keine Rolle spielt. (Und ich habe keine Ahnung, was ein "geschlossenes Atmungssystem" wäre. Ein Atmungssystem muss per Definition Gase mit der Umgebung austauschen. Das tut es. Denken Sie an ein geschlossenes Kreislaufsystem ? )
Arthropoden können ziemlich groß werden; die tasmanische Riesenkrabbe kann bis zu 17 kg (47 lb) wachsen; Japanische Seespinnen können bis zu 19 kg (42 lb) wachsen; alte Hummer können bis zu 20 kg schwer werden. Die größte Einschränkung für das Wachstum von Arthropoden ist ihr Exoskelett, das abgeworfen und von Grund auf neu aufgebaut werden muss, wenn das Tier wächst, Energie und Nährstoffe verbraucht und das Tier anfällig macht.
@AlexP. Vielleicht haben Sie Grund, ich hätte die Fragen trennen sollen, um mehr den Unterschied zwischen Insekten und den anderen Arthropoden zu markieren, und vielleicht ja, ich habe geschlossenes Herz-Kreislauf-System mit geschlossenem Atmungssystem verwechselt, um eng verwandt zu sein.
@AlexP. Das führt zu der Frage nach möglichen Lösungen für das Vorhandensein eines Exoskeletts bei Arthropoden oder dem nächsten, oder alternativ dazu, wie sie ein inneres Skelett erwerben könnten
Um es klar zu sagen, Sie versuchen, eine effiziente Luftatmung zu entwickeln? weil Kiemen im Wasser gut funktionieren.
@John . Ja, Luftatmung
@Drakio-X das ist wirklich unklar, vielleicht möchtest du das klären. Gibt es auch einen Grund, warum Sie die Branchiostegal-Lunge aus der vorherigen Frage nicht verwenden möchten?
@John . Es gibt keinen bestimmten Grund, warum ich die Brachiostegal-Lunge nicht verwenden möchte, nur dass ich diese Frage zuerst gestellt habe und sie sich mehr auf das Atmungssystem und die andere mehr auf das Herz-Kreislauf-System konzentriert hat, nur wenn man eine Antwort geben kann eine Lösung für beide Systeme, ist gut.

Antworten (2)

Die meisten Insekten haben Stigmen, aber Libellennymphen kommen einer inneren Lunge am nächsten.

Die Odonata, zu denen Libellen und Kleinlibellen gehören, sind Insekten, die eine vollständige Metamorphose durchlaufen. Libellennymphen atmen durch innere Kiemen in ihrem Rektum, die sogenannte Analpyramide (diese Öffnung ermöglicht es ihnen auch, sich unter Wasser fortzubewegen). Diese Nymphen sind wie viele andere Arten dafür bekannt, dass sie während ihres letzten Stadiums, wenn sie das Wasser verlassen, um sich in erwachsene Libellen zu verwandeln, Luft atmen. Die Nymphen im späten Endstadium entwickelten funktionelle mesothorakale Stigmen, die es ihnen ermöglichten, Luft zu atmen, indem sie ihren Kopf und Brustkorb über der Wasseroberfläche positionierten. Während die Nymphen in dieser Position Luft atmen, können sie auch ihre untergetauchten rektalen Kiemen belüften.

Dies ist der wahrscheinlichste Kandidat, um sich zu einer "Insektenlunge" zu entwickeln, und würde riesige Arthropoden bedeuten, die durch ihren Hintern atmen, während die Stigmen zu dem werden, was Poren für uns sind.

Ich wusste nie, dass es Kreaturen gibt, die durch ihren Arsch atmen. Ich liebe diese SE-Seite! Dinge, die du lernst!!!!,
Wie sich herausstellt, atmen Meeresschildkröten auch durch ihren Hintern. Das Gewebe, das ihren Käfer auskleidet, hat viele Venen, die Sauerstoff durchlassen. Dank dessen können einige Schildkröten tagelang unter Wasser bleiben.

Kiemen.

Das, was Arthropoden, die Land besiedelt haben, am nächsten kommt, sind weder Kopffüßer noch Weichtiere. Sie sind Krebstiere.

Baum

https://evolution.berkeley.edu/evolibrary/article/_0_0/arthropods_02

Und ein unglaublich landangepasstes Krebstier ist der Pillbug, der ein Assel ist.

https://www.pbs.org/newshour/science/pill-bugs-emerged-sea-conquer-earth

pillbug

Eine andere Art zu atmen

„Wie ihre Vorfahren aus dem Ozean haben Pill Bugs Kiemen“, sagte Wright. Kiemen funktionieren hervorragend im Wasser. Sie sind im Grunde freiliegende Schleimhäute, die Sauerstoff aus dem Wasser und in das Blut aufnehmen, das den Rest des Körpers ernährt. Aber an Land sind Kiemen eine Belastung.

Wenn die Pillenwanze austrocknet, funktionieren ihre Kiemen nicht richtig und die Pillenwanze kann ersticken. Deshalb findet man sie meist nur an feuchten Stellen, etwa unter einem toten Baumstamm. Wenn sie anfangen zu überhitzen und auszutrocknen, rollen sich Pill Bugs sogar zu einer Kugel zusammen, um die verbleibende Feuchtigkeit auf ihren Kiemen zu schützen.

Hier hilft es, groß zu sein. Pillbugs müssen Kiemen feucht halten, damit sie dort bleiben, wo es feucht ist. Wir müssen unsere Lungen auch feucht halten, aber wir transportieren große Feuchtigkeitsspeicher in Form von Blut mit zusätzlichem Wasser, das bei Bedarf durch die Oxidation von Fett (CHx + O2 -> CO2 + H2O) entsteht.

Ihre Riesen verwenden Kiemen, um die Oberfläche zu maximieren. Weil sie Riesen mit großem Volumen sind, sind sie voller Wasser – oder besser Fett oder Öl, weil es leichter ist. Sie können ihre Kiemen wegen dieser Bordvorräte nass halten. Ihre Exoskelette sind dünn oder verkümmert, und ich behaupte hier, dass die Gründe, warum Asseln keine Insekten an Land vertrieben haben, darin liegen, dass der Panzer für sie schwierig ist, sich zu entwickeln, und er zu schwer und sperrig wird, wenn er größer wird. Ich habe mit Interesse gelesen, dass eine der größten wirklich terrestrischen (nicht küstennahen) Isopoden ( Porcellio magnificus ) eine niedrige Luftfeuchtigkeit bevorzugt – mit der sie aufgrund ihrer Größe und der Wasserversorgung an Bord davonkommt.

aus Kommentar: /Interessant, aber wie könnte sich das bei anderen Gruppen von Arthropoden entwickeln?/

Sie könnten mit Insekten beginnen, die bereits Kiemen entwickelt haben. Seht das Hellgrammite!

Hellgrammit Quelle

Der Hellgrammit ist die große räuberische Larve der Dobsonfliege. Sie haben äußere Kiemen, um die Wasseratmung zu erleichtern.

hellgrammmite kiemen

http://nathistoc.bio.uci.edu/neuropt/Corydalis.htm

So wie die Vorfahren der Wale das Wasser verließen, sich an die Luft anpassten und diese Anpassungen dann zurückbrachten, um die Gewässer zu beherrschen, könnten Sie ein an die Luft angepasstes Insekt haben, sich ans Wasser bewegen und dann mit seinen Atmungsanpassungen zurück in die Luft. Ich mag die Idee des Riesen-Hellgrammiten als krokodilartiges Raubtier aus dem Hinterhalt.

Die Weichtiere haben solche Dinge getan – Landschnecken, die ins Süßwasser zurückkehren und sekundäre Kiemen entwickeln.

Interessant, aber wie könnte sich das bei anderen Gruppen von Arthropoden entwickeln? Und dank eines Kommentars zur ursprünglichen Frage denke ich, dass ich die Insekten vom Ganzen trennen sollte, wenn Sie eine Möglichkeit bieten können, dass sich Insekten auf diese Weise entwickeln?
@Drakio-X Ich denke, Sie fragen vielleicht nach etwas zu vielen Details für eine hypothetische Evolutionsfrage, wir können nicht die genetischen Veränderungen angeben, die erforderlich sind, um dies zu erreichen.
Ich glaube nicht, dass er gefragt hat, welche Art von Atmungssystem es bekommen sollte; vielmehr, welcher evolutionäre Weg könnte dazu führen, dass ein effizienteres Atmungssystem entsteht?
Vielen Dank, dass Sie die Erklärung für Insekten hinzugefügt haben
Wie könnte sich ein effizientes Atmungssystem für riesige Arthropoden entwickeln?
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