Kiemen und Lunge sind sich physiologisch sehr ähnlich . Sie sind stark vaskularisiert und haben ein großes Oberfläche-zu-Volumen-Verhältnis, um so viel Gasaustauscheffizienz wie möglich zu haben.

Lungen eignen sich gut für Luft, da sie die Belüftung durch Luftpumpen ermöglichen. Erweitern Sie sich, um sauerstoffreiche Luft hereinzuziehen, und ziehen Sie sich zusammen, um sauerstoffarme Luft herauszudrücken. Dies versagt unter Wasser, weil letzteres (etwa) siebenhundert Mal so dicht und hundert Mal so zähflüssig ist wie Luft. Es ist auch praktisch nicht komprimierbar. Das Pumpen von Wasser in und aus einer Lunge kostet so viel Kraft und Energie, dass die Unterwasseratmung ineffizient wird, weshalb wir ertrinken.

Kiemen hingegen sind an die Eigenschaften von Wasser als Flüssigkeit angepasst. Aus Wikipedia :

Die Dichte des Wassers verhindert, dass die Kiemen zusammenfallen und aufeinander liegen, was passiert, wenn ein Fisch aus dem Wasser genommen wird.

Wie wäre es, wenn Sie Ihrer Meerjungfrau eine Art flexibler Flüssigkeitslunge geben würden?

Lassen Sie sie ein Kehlsystem haben, das unserem ähnlich ist, aber anstatt eine Ansammlung von Lufttaschen zu sein, sind ihre Lungen Hohlräume. In diesen Hohlräumen befindet sich ein großer Satz Kiemen. Lassen Sie die Meerjungfrau auch ein oder mehrere Paare oder Schlitze an ihren Seiten haben, direkt unter den unteren Rippen und mit diesen Lungen verbunden. Diese Schlitze können in der Größe variieren, sagen wir zwischen 5 und 12 Zoll lang, je nach dem Geschmack Ihres Kreaturendesigns. Sie können auch frontaler platziert werden, wenn Sie möchten.

Unter Wasser atmet sie wie ein Fisch, nur mit einem längeren Kreislauf, durch den das Wasser fließen kann. Sie entnimmt Wasser aus Mund und Nase, lässt es durch das Kiemen-Lungen-System ("Gillung"?) laufen, dann wird es durch die Rippenschlitze abgepumpt.

Um Luft zu atmen, stößt sie zuerst Wasser durch die Rippenschlitze aus, dann schließt sie diese Schlitze. Jetzt kann sie wie ein Mensch Luft in ihre "Gillungen" (ich mag diese Wortschöpfung sehr) rein und raus pumpen. Sie muss nur ein wenig Wasser darin halten, um ihre inneren Kiemen feucht zu halten, damit sie nicht übereinander zusammenbrechen (so atmen Landkrabben eigentlich). Sie könnte etwas Körperflüssigkeit entwickeln, vielleicht etwas Schleim, um sicherzustellen, dass ihre Kiemen nicht so schnell austrocknen.

Das wäre sehr zu ihrem Vorteil. Nochmals Wikipedia zitieren:

In Süßwasser beträgt der Gehalt an gelöstem Sauerstoff etwa 8 cm ^{3 /L im Vergleich zu 210 cm 3} /L in Luft .

Damit sie eine Stoffwechselrate wie die eines Menschen hat, muss sie sich auf die Widderbeatmung verlassen, wenn sie nur Wasser atmet. Das heißt, sie muss ständig schwimmen, um genug Sauerstoff zu bekommen, genau wie ein Hai. Das würde viel Energie kosten. Aber die Tatsache, dass sie auch Luft atmen kann, bedeutet, dass sie hin und wieder für einen Sauerstoffschub an die Oberfläche gehen kann.

Fügen Sie ihren Muskeln eine sehr große Konzentration von Myoglobinin hinzu, und sie könnte diesen Schub für lange Tauchgänge beibehalten, genau wie Wale. Mit dem Vorteil, dass sie nicht ertrinkt, wenn sie zu viel Zeit damit verbringt, tief zu tauchen – sie kehrt einfach zu ihrem langsameren Stoffwechsel zurück, bis sie das nächste Mal auftaucht.

Ach ja, und wegen Salz...

Verwenden Sie einfach die gleichen Lösungen, die die Natur bereits gefunden hat. Eine große Toleranz für Harnstoff, wie Haie; und Supernieren wie die von Walen. Dies ist eigentlich der Teil, der meiner Meinung nach am wenigsten Unglauben erfordert.

1- Eine Kreatur muss nicht unter Wasser atmen können, um im Wasser erfolgreich zu sein

Es gibt viele Beispiele von Kreaturen, die so lange die Luft anhalten, dass sie mehr Zeit unter Wasser verbringen können als darüber. Beispiele sind Wale, Delfine, Schildkröten und Flusspferde. Anstatt Ihrer Kreatur die Fähigkeit zu geben, Sauerstoff unter Wasser zu absorbieren, können Sie ihr einfach große Lungen geben und ihrem Blut erlauben, viel höhere Konzentrationen an Sauerstoff zu absorbieren, als es jetzt der Fall ist.

2- Einige Schildkröten können Sauerstoff über ihren Anus aufnehmen

Hier ist der Verweis auf die obige Aussage. Ihr Lebewesen muss sein Sauerstoffaufnahmeorgan nicht am hinteren Ende seines Körpers haben, sondern überall dort, wo Sie es sich leisten können, ihm eine ausreichend große Oberfläche zu geben (ich schlage den Bauchbereich vor). Die Sauerstoffaufnahme auf diesem Weg ist ein passiver Prozess, was bedeutet, dass das Lebewesen nichts bewusst tun muss, um Sauerstoff aufzunehmen. Der Prozess setzt sich durch Körperfunktionen fort, die von selbst ausgeführt werden (reguliert durch das Rückgrat, anstatt durch das Gehirn).

3- Kiemen

Fische haben Kiemen und sie sind sehr effektiv bei der Unterwasseratmung. Sie können denselben Apparat für Ihre Kreatur verwenden.

Beim Atmen kommt es im Grunde auf den Gasaustausch über eine semipermeable Membran an. Normalerweise muss diese Membran feucht bleiben, um richtig zu funktionieren, also sind Sie über Wasser eingeschränkt, indem Sie die gesamte Kreatur feucht halten (lungenlose Salamander, viele Wirbellose wie Plattwürmer) oder eine feuchte Membran in einer Kammer im Körper eingeschlossen halten, während Sie sich ausruhen des Körpers hat eine Barriere gegen Feuchtigkeitsverlust (Lunge von Wirbeltieren, Kiemen in Backentaschen von Schlammspringern, Buchlunge von Spinnen usw.).

Dies unterscheidet sich ein wenig von der Frage Salz vs. frisch. In Wasser erlauben semipermeable Membranen nicht nur die Bewegung von gelösten Gasen, sondern auch von Wasser, das mit dem Wasser auf der anderen Seite der Membran ein Gleichgewicht erreichen möchte. Wenn wir also auf der einen Seite eine dichte Flüssigkeit und auf der anderen Seite eine weniger dichte Flüssigkeit haben, fließt Wasser von der weniger dichten Seite zur dichteren Seite. Die Herausforderung für den Organismus besteht darin, dies auszugleichen, damit er nicht entweder aus dem Wasser springt und versucht, seine innere Flüssigkeit zu verdünnen, oder austrocknet, wenn Wasser herausgesaugt wird, um sich mit dem umgebenden salzhaltigeren Meer auszugleichen.

Bei Fischen zum Beispiel müssen sie in Süßwasser Wasser herauspumpen, um das Gleichgewicht zu halten, wenn also Wasser durch die Kiemen eindringt, pumpen die Nieren es heraus. Wenn die Nieren geschädigt werden, bekommt der Fisch Wassersucht und schwillt an wie ein Tannenzapfen. Bei Meeresfischen müssen sie Wasser trinken und sie filtern das überschüssige Salz heraus und scheiden es aus. Beide Strategien funktionieren teilweise, weil Fische nicht über ihren ganzen Körper vollständig durchlässig sind. Der Flüssigkeits- und Gasaustausch ist auf kleine Regionen beschränkt (Kiemen, Darm, Lunge oder andere veränderte Organe bei einigen Arten).

Die andere Strategie versucht, die Dichte der Flüssigkeit innen und außen (osmokonform) anzupassen, was in etwa dem entspricht, was der krabbenfressende Frosch tut, indem er Harnstoff speichert, damit seine innere Flüssigkeit der Dichte des Salzwassers um ihn herum entspricht. Die meisten marinen Inverts sind bis zu einem gewissen Grad Osmokonformer.

All dies ist ein wenig vom Thema abgekommen und eine grobe Vereinfachung, aber ich wollte nur ein wenig näher darauf eingehen, warum einige Lebewesen entweder auf Süß- oder Salzwasser beschränkt sind. Es ist nicht speziell mit Atemluft oder Unterwasser verbunden, aber beide beinhalten den Austausch über Membranen, also ist es vielleicht etwas Nützliches, dies kurz herauszustellen.

Ich weiß, dass ich von Anfang an gegen Ihre Regel verstoße, aber ich denke, dass luftatmende Fische informativ sind und jede Antwort dieselben Grundlagen beinhalten wird, die sie mit Amphibien teilen: Luft über eine feuchte Membran absorbieren. Bei den Amphibien ist es ihre Haut, bei den Fischen ist es das Innere, die Wangen/Kiemen oder die primitive Lunge. Ich stelle mir vor, dass dies der vernünftigste Mechanismus für ein Wirbeltier wie eine Meerjungfrau wäre: Lungen zusätzlich zu Kiemen oder inneren Kiemen in einer Kammer, die Wasser aufnehmen kann, das durch Schlucken von Luft über der Oberfläche mit gelöstem Sauerstoff gesättigt bleiben kann.

Alternativ können Sie sich auch Arthropoden ansehen. Viele Krabben und Krebse sind in unterschiedlichem Maße amphibisch.

Amphibienhaut muss feucht und durchlässig bleiben. Daher würde Salz in den Organismus gelangen.

Quelle: https://www.reddit.com/r/askscience/comments/3isp06/why_are_there_no_saltwater_amphibians/

Mein Vorschlag ist, ihnen entweder die Fähigkeit des erwähnten Frosches zu geben, das Salzwasser zu tolerieren, oder sie stattdessen einfach keine amphibischen Kreaturen sein zu lassen, sondern ihnen zu erlauben, ihre Luft für eine sehr lange Zeit anzuhalten. Entweder durch einen geringen Sauerstoffbedarf oder durch die Speicherung von Luft oder konzentriertem Sauerstoff irgendwo in ihrem Körper.

Grundsätzlich haben Stepponanten Recht damit, das Design der Krabbenkiemen zu kopieren, damit sie im Wasser ein- und ausatmen. Weitere Erläuterungen dazu finden Sie hier. https://www.thoughtco.com/how-do-crabs-breathe-2291887 Das Atmungssystem hat jedoch einen Haken: Während der Kiemenausgang zwischen den Rippen breit genug sein kann, sind die Nasenlöcher immer noch zu klein . Vergessen Sie nicht, dass der im Wasser gelöste Sauerstoff etwa 1 % beträgt, verglichen mit 21 % in der Luft. http://www.lakeaccess.org/russ/oxygen.htm

Sie sollten die Einlassposition ändern, um größere Wassereinlässe aufzunehmen. Vielleicht zwei Öffnungen über den Schultern, zwischen der oberen Brustrippe und der hinteren Rippe? Das Diaphragma kann seine Wirkung noch erfüllen. Die Ein- und Auslässe öffnen und schließen im Wechsel und lassen den Durchfluss in eine Richtung zu. Genau wie die Krabben schließen die Öffnungen das Wasser nach außen, um die Feuchtigkeit zurückzuhalten, und sie atmen durch die Nase. Sie müssen beim ersten Atemzug überschüssiges Wasser ausstoßen.

Der krabbenfressende Frosch hat eine gewisse Toleranz gegenüber Salzwasser, er hat spezialisierte Nieren und Haut, um mit dem Salz fertig zu werden.

Ich bin mir nicht sicher, warum Sie sich sträuben, sich den Lungenfisch anzusehen. Ich hätte gedacht, dass dies das beste Beispiel für etwas ist, das in etwa so funktioniert, wie es eine Meerjungfrau mit Kiemen und Lungen theoretisch tun würde.

Ich habe eine ähnliche Frage gestellt, und sie bezog sich auf die Biologie einer meiner Figuren. Damit ihre Kiemen an Land nicht zusammenkleben, scheiden sie diesen Film aus, der sie auch feucht hält, und damit sich ihre Lungen nicht mit Wasser füllen, gäbe es eine Art hydraulisches System, das überschüssige Flüssigkeit aus den Lungen entfernen würde. und leiten es zusammen mit Abfallpartikeln durch die Kiemen. Und ein ähnliches System könnte für Ihre Kreaturen funktionieren, die sowohl an Land als auch im Wasser leben können.