Dieren met een lange adem

De springspin Euophrys omnisuperstes maakt gebruik van zijn speciale longen om in de ijle lucht van de Himalaya te kunnen verblijven.

Die longen bestaan uit laagjes als de bladzijden in een boek, vandaar de naam boeklongen. De lagen vergroten het oppervlak van de longen, waardoor de bloedvaten eromheen de schaarse zuurstof op een hoogte van 6500 meter beter kunnen opnemen.

Hier leeft de spin van bevroren insecten die de wind aanvoert. De springspin kan 50 keer zijn eigen lengte springen door bloed naar zijn poten te leiden, zodat de bloeddruk stijgt en hem op zijn voedsel afschiet.

Zoals alle andere vogels haalt de Indische gans adem via luchtzakjes. Samen met genetische mutaties in de hemoglobine zorgen die zakjes voor een optimale benutting van de schaarse zuurstofmoleculen.

De Indische gans vliegt vanuit Zuid-India naar Mongolië – dwars over de Himalaya op ruim 6000 meter hoogte. De gans vliegt zo veel mogelijk mee met de koude wind, die meer zuurstof bevat dan warme.

De jak kan op wel 6100 meter hoogte leven. Fysiologisch en anatomisch onderscheidt de jak zich van gewone runderen, waaruit hij 4, 9 miljoen jaar geleden is voortgekomen.

Bij gewone runderen leidt het lage gehalte zuurstof op grote hoogte tot een gevaarlijk hoge bloeddruk, maar de jak kan dankzij genetische mutaties het bloed reguleren.

Bij weinig zuurstof worden er normaal meer rode bloedcellen aangemaakt en stijgt de bloeddruk, maar onderzoekers hebben drie gemuteerde genen bij de jak gevonden die dit tegengaan en de bloeddruk in toom houden.

Daarbij bindt de hemoglobine de zuurstof efficiënter en bevorderen mutaties in vijf andere genen de voedselopname, waardoor de jak met weinig toe kan.

Ook anatomisch heeft de jak voordelen. Zo heeft het dier twee extra paar ribben, wat zijn longcapaciteit flink vergroot ten opzichte van andere runderrassen, terwijl ook het hart vergroot is en wel 1,5 kilo kan wegen.

De hertmuis leeft in de Rocky Mountains in Noordwest-Amerika. Het circa 10 centimeter lange knaagdier kan overleven op 4 kilometer hoogte dankzij mutaties in de genen die coderen voor hemoglobine.

In hemoglobine zitten vier ijzermoleculen in speciale, zogeheten heemzakken, waar de zuurstofmoleculen aan hechten.

De hertmuizen hebben wel 12 verschillende mutaties in hun heemzakken, waardoor de zuurstof zich steviger hecht en de hemoglobine efficiënter werkt.

Vijf maanden ingevroren op een meerbodem is geen probleem voor de kroeskarper. Dankzij een speciaal enzym kan de vis zonder zuurstof rondzwemmen.

De kroeskarper heeft een extreme overlevingsmanier ontwikkeld en kan vijf maanden in bevroren meren overwinteren.

In de mitochondriën van de zoetwatervis zit een speciaal type enzym, waardoor hij zonder zuurstof kan leven. In de cellen wordt glucose (suiker) door het proces van glycolyse afgebroken tot pyrodruivenzuur, een brandstof voor de mitochondriën.

Normaal krijgen de cellen zuurstof, en via het enzym PDHc vervalt pyrodruivenzuur tot stoffen die het lijf energie leveren. Zonder zuurstof zetten de cellen pyrodruivenzuur om in melkzuur (wat je kent van verzuurde spieren).

Als het melkzuur zich echter een tijd ophoopt, kan het gevaarlijk zijn voor de cellen, en na meerdere uren kan het zelfs dodelijk zijn.

De kroeskarper kan maanden zonder zuurstof doordat zijn enzym is gemuteerd: het vormt geen melkzuur maar breekt pyrodruivenzuur af tot ethanal, een voorstadium van ethanol (alcohol).

Het enzym lijkt erg op de enzymen die in biergist zitten en die alcohol vormen in bier. De kroeskarper scheidt de alcohol uit zijn kieuwen af, waarna die in het water belandt.

Met een flinke voorraad glucose in de lever en spieren kunnen de vissen een zuurstofvrije winter doorkomen zonder te sterven aan melkzuurvergiftiging.

De boskikker Rana sylvatica kan vorst tot -16 °C aan en zet zijn ademhaling en hartritme op pauze om te kunnen sluimeren.

De cellen van de kikker zitten vol antivrieseiwitten, die als een mantel rond de ijskristallen liggen.

Daarbij brengen suikermoleculen in de cellen het vriespunt van het lichaam omlaag, hetzelfde effect dat zout in de winter op de wegen heeft.

In 2014 zagen onderzoekers zogeheten dolfijnen van Cuvier tot 2992,2 meter afdalen in een ruim twee uur durende duik.

De dieren kunnen hun adem zo lang inhouden doordat zuurstof in de spieren zich bindt aan het eiwit myoglobine.

Zeezoogdieren maken tot tien keer zo veel myoglobine aan als zoogdieren op het land en kunnen daardoor veel meer zuurstof in hun spieren opslaan.

Hoge eiwitconcentraties zijn gevaarlijk als ze gaan klonteren, maar de myoglobinemoleculen van de walvis zijn positief geladen en stoten elkaar dus af.