Why fish are better at breathing than you are - Dan Kwartler

المترجم: Hani Eldalees المدقّق: Taim Kellizy

In 2019, Eliud Kipchoge finished a Vienna marathon

في عام 2019، أنهى Eliud Kipchoge ماراثون فيينا

in one hour, 59 minutes, and 40 seconds.

في ساعة واحدة و59 دقيقة و40 ثانية.

This staggering time broke the two-hour barrier

كسر هذا الوقت المذهل حاجز الساعتين

that most runners previously deemed impossible.

الذي كان معظم المتسابقين يعتبرونه مستحيلًا في السابق.

However, some researchers weren't as surprised.

ومع ذلك، لم يتفاجأ بعض الباحثين بنفس القدر.

Recent studies investigating if humans could maintain such a high pace

الدراسات الحديثة التي تبحث فيما إذا كان بإمكان البشر الحفاظ

على مثل هذه الوتيرة العالية طوال فترة الماراثون

for the length of a marathon had found that elite runners

وجدت أن المتسابقين النخبة

can take in twice as much oxygen as non-runners.

يمكنهم الحصول على ضعف كمية الأكسجين التي يستهلكها غير المتسابقين.

And it’s likely that this superhuman ability played a role in Eliud’s victory.

ومن المحتمل أن هذه القدرة الخارقة لعبت دورًا في انتصار إليود.

But when it comes to breathing efficiently,

ولكن عندما يتعلق الأمر بالتنفس بكفاءة،

not even the best runners in the world can compete with the average fish.

لا يمكن حتى لأفضل المتسابقين في العالم التنافس مع الأسماك العادية.

That’s right— you’re looking at some of the best breathers on Earth;

هذا صحيح - أنت تنظر إلى بعض من أفضل أجهزة التنفس على الأرض؛

which actually makes sense when you consider how little oxygen there is

وهو أمر منطقي حقًا عندما تفكر في مدى قلة الأكسجين الموجود

in their aquatic environments.

في بيئاتهم المائية.

Fish can breathe in a variety of ways,

يمكن للأسماك أن تتنفس بعدة طرق،

but the most common is through the use of gills.

ولكن الأكثر شيوعًا هو استخدام الخياشيم.

These branching organs typically come in four pairs,

تأتي هذه الأعضاء المتفرعة عادةً في أربعة أزواج،

all enclosed in gill chambers.

وكلها محاطة بغرف خيشومية.

These chambers are protected by opercle, or gill covers,

هذه الغرف محمية بأغطية من الخيشوم،

which are just as essential to underwater breathing as the gills themselves.

والتي تعتبر ضرورية للتنفس تحت الماء مثل الخياشيم نفسها.

When most fish take a breath,

عندما تأخذ معظم الأسماك نفسًا،

they first close these covers and take a gulp of water.

فإنها تغلق هذه الأغطية أولاً وتأخذ جرعة من الماء.

Then, they open their opercle,

ثم يفتحون الفتحة الخاصة بهم،

creating a pressure differential that pulls water through the gills,

مما يخلق فرق في الضغط يسحب الماء عبر الخياشيم،

which are composed of thread-like filaments spaced evenly along a gill arch.

والتي تتكون من خيوط تشبه الخيوط متباعدة بالتساوي على طول القوس الخيشومي.

These filaments are covered in countless small blood vessels called capillaries,

يتم تغطية الخيوط بعدد لا يحصى من الأوعية الدموية الصغيرة تسمى الشعيرات الدموية،

in addition to tiny extensions known as gill lamellae

بالإضافة إلى الامتدادات الصغيرة المعروفة باسم الصفائح الخيشومية

which further increase the gill’s surface area.

التي تزيد من مساحة سطح الخياشيم.

When water passes over these capillaries,

عندما يمر الماء فوق هذه الشعيرات الدموية،

the membrane is thin enough for the fish’s red blood cells

يكون الغشاء رقيقًا بما يكفي لخلايا الدم الحمراء للأسماك

to pull dissolved oxygen from the water into the bloodstream.

لسحب الأكسجين المذاب من الماء إلى مجرى الدم.

And just like when we breathe with our lungs,

وكما هو الحال عندما نتنفس برئتينا،

this process releases carbon dioxide,

فإن هذه العملية تطلق ثاني أكسيد الكربون،

which passes out into the water through the open gill cover.

الذي يمر إلى الماء من خلال الغطاء الخيشومي المفتوح.

This technique only works underwater—

تعمل هذه التقنية فقط تحت الماء -

on the surface, the pressure differential created by opening and closing gill covers

على السطح، فرق الضغط الناتج عن فتح وإغلاق الأغطية الخيشومية

isn’t strong enough to pull in sufficient air.

ليس قويًا بما يكفي لسحب الهواء الكافي.

But under the surface, it’s remarkably efficient.

لكن تحت السطح، إنها فعالة بشكل ملحوظ.

Inside the lamellae, blood flows in the opposite direction to the water,

داخل الصفائح، يتدفق الدم في الاتجاه المعاكس للماء،

creating a counter-current system that optimizes gas exchange.

مما يخلق نظامًا للتيار المعاكس يعمل على تحسين تبادل الغازات.

In fact, gills can absorb roughly 75% of the oxygen passing through them;

في الواقع،

يمكن للخياشيم أن تمتص ما يقرب من 75٪ من الأكسجين الذي يمر عبرها؛

that’s twice the percentage of oxygen our lungs extract from a breath of air.

وهذا ضعف نسبة الأكسجين التي تستخرجها رئتينا من نفس الهواء.

Fish also breathe much more frequently than we do.

تتنفس الأسماك أيضًا بشكل متكرر أكثر مما نفعل.

The average adult human breathes 12 to 18 times a minute,

يتنفس الإنسان البالغ في المتوسط من 12 إلى 18 مرة في الدقيقة،

while most fish pull water over their gills

بينما تسحب معظم الأسماك الماء فوق خياشيمها في

anywhere from 20 to 80 times a minute.

أي مكان من 20 إلى 80 مرة في الدقيقة.

Those numbers would raise even a marathoner’s eyebrows.

هذه الأرقام من شأنها أن تثير حتى دهشة متسابق الماراثون.

Thanks to this fast, frequent, and efficient breathing

بفضل هذا التنفس السريع والمتكرر والفعال،

fish process far more oxygen than we do.

تقوم الأسماك بمعالجة كمية أكبر بكثير من الأكسجين مما نقوم به.

It's also why some species can live at great depths.

وهذا أيضًا هو السبب في أن بعض الأنواع يمكن أن تعيش في أعماق كبيرة.

Bodies of water get most of their oxygen from the surface,

تحصل المسطحات المائية على معظم الأكسجين من السطح،

where O2 dissolves into the water and begins circulating.

حيث يذوب O2 في الماء ويبدأ في الدوران.

But further down, there are oxygen minimum zones,

ولكن في الأسفل، توجد مناطق الحد الأدنى من الأكسجين،

with concentrations as low as 0.5 milligrams of oxygen per liter.

بتركيزات منخفضة تصل إلى 0.5 ملليغرام من الأكسجين لكل لتر.

To get the oxygen they need,

للحصول على الأكسجين الذي تحتاجه، تعتمد

fish living at these depths rely on increased gill ventilation

الأسماك التي تعيش في هذه الأعماق على التهوية الخيشومية المتزايدة

and hearts that pump high volumes of oxygenated blood throughout the body.

والقلوب التي تضخ كميات كبيرة من الدم المؤكسج في جميع أنحاء الجسم.

Even with these tricks, sometimes there's still not enough oxygen to go around,

حتى مع هذه الحيل، في بعض الأحيان لا يوجد ما يكفي من الأكسجين للتنقل،

forcing fish to adapt more extreme solutions.

مما يجبر الأسماك على التكيف مع حلول أكثر تطرفًا.

For example, the Australian lungfish lives in a habitat

على سبيل المثال، تعيش سمكة الرئة الأسترالية في موطن ينخفض

where the water level drops precipitously in August and September,

فيه مستوى المياه بشكل حاد في أغسطس وسبتمبر،

making it almost impossible to survive with gills alone.

مما يجعل من المستحيل تقريبًا البقاء على قيد الحياة مع الخياشيم وحدها.

Fortunately, these fish have gills and lungs.

لحسن الحظ، تحتوي هذه الأسماك على خياشيم ورئتين.

Using their long, thin limbs,

باستخدام أطرافهم الطويلة والرقيقة،

they can lift their mouths above the surface and take deep breaths of air,

يمكنهم رفع أفواههم فوق السطح وأخذ أنفاس عميقة من الهواء،

allowing them to survive out of the water for several days.

مما يسمح لهم بالبقاء على قيد الحياة خارج الماء لعدة أيام.

And other species of lungfish can survive above ground even longer

ويمكن للأنواع الأخرى من أسماك الرئة أن تعيش فوق الأرض لفترة أطول

in cocoons of mud and mucus.

في شرانق الطين والمخاط.

Fortunately, for most fish these extreme adaptations aren’t necessary.

لحسن الحظ، بالنسبة لمعظم الأسماك، فإن هذه التعديلات الشديدة ليست ضرورية.

After all, 71% of Earth is covered in H2O,

على أي حال، فإن 71٪ من الأرض مغطاة بـ H2O،

giving these aquatic animals plenty of room to flaunt their gills’ skills.

مما يمنح هذه الحيوانات المائية مساحة كبيرة للتباهي بمهارات خياشيمها.