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

Translator: Saba Rajabi Reviewer: Masoud Motamedifar

In 2019, Eliud Kipchoge finished a Vienna marathon

در سال ۲۰۱۹، فردی به نام «الیود کپچوگه»، ماراتن وین را

in one hour, 59 minutes, and 40 seconds.

در یک ساعت و ۵۹ دقیقه و چهل ثانیه به پایان رساند.

This staggering time broke the two-hour barrier

زمان غافلگیرکننده‌ی این رکورد، تصور اکثر دوندگان را درباره اینکه

that most runners previously deemed impossible.

اتمام ماراتن در کمتر از دو ساعت غیر ممکن است، از بین برد.

اگرچه این واقعه برای برخی محققین آن‌قدر هم تعجب‌آور نبود.

However, some researchers weren't as surprised.

Recent studies investigating if humans could maintain such a high pace

پژوهش‌های اخیر درمورد اینکه آیا انسان‌ها می‌توانند با چنین سرعت بالایی

for the length of a marathon had found that elite runners

به درازای زمین مسابقه ماراتن بدوند؛ نشان دادند که دوندگان حرفه‌ای

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

می‌توانند دوبرابر فرد عادی اکسیژن وارد ریه‌های خود کنند.

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

و احتمال دارد که این توانایی فرا انسانی نقشی در کامیابی «الوید» داشته باشد.

But when it comes to breathing efficiently,

اما وقتی سخن از تنفس صحیح به میان می‌آید،

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

حتی بهترین دوندگان جهان نیز نمی‌توانند به گردپای یک ماهی معمولی برسند.

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

درست است. شما درحال تماشای موجودی هستید

که بهتر از هر موجود دیگری قادربه تنفس است.

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

در واقع با در نظر گرفتن مقدار اکسیژن کمی که در محیط دریایی وجود دارد

in their aquatic environments.

داشتن این توانایی منطقی به نظر می‌رسد.

Fish can breathe in a variety of ways,

ماهی‌ها به روش‌های مختلفی تنفس می‌کنند،

but the most common is through the use of gills.

رایج‌ترین روش آن تنفس به وسیله آبشش‌هایشان است.

These branching organs typically come in four pairs,

این اندام‌های منشعب معمولا چهار جفت دارند

all enclosed in gill chambers.

که همگی درون حفره‌های آبشش قرار گرفته‌اند.

These chambers are protected by opercle, or gill covers,

حفاظت از این حفره‌ها به کمک «اپرکل» یا غشای آبشش انجام می‌شود

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

که به اندازه خود آبشش‌ها برای تنفس در زیر آب ضروری‌ است.

When most fish take a breath,

اکثر ماهی‌ها به هنگام نفس کشیدن

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

ابتدا این پوسته‌ها را میبندند و کمی آب را فرو می‌دهند.

Then, they open their opercle,

سپس «اپرکل» خود را باز می‌کنند

creating a pressure differential that pulls water through the gills,

که با این کار درون آبشش تفاوت فشار ایجاد می‌شود.

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

اپرکل‌ها که از رشته‌های نخ‌مانندی تشکیل شده‌اند، به طور منظم

در امتداد یک قوس آبششی قرار دارند.

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

این رشته‌ها با تعداد زیادی از رگ‌های خونی کوچک

به نام مویرگ پوشیده شده‌اند،

in addition to tiny extensions known as gill lamellae

و همچنین دارای زائده‌های کوچکی به نام «لاملاهای آبششی» هستند

which further increase the gill’s surface area.

که سطح آبشش را افزایش می‌دهند.

When water passes over these capillaries,

هنگامی که آب از روی این مویرگ‌ها عبور می‌کند،

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

غشای آنها به قدری نازک است که گلبول‌های قرمز خون ماهی

to pull dissolved oxygen from the water into the bloodstream.

می‌توانند اکسیژن محلول در آب را وارد جریان خون کنند.

And just like when we breathe with our lungs,

و درست مانند زمانی که ما با ریه‌هایمان نفس می‌کشیم،

this process releases carbon dioxide,

این فرآیند دی‌اکسید کربن را آزاد می‌کند

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

که از طریق پوشش باز آبشش، وارد آب می‌شود.

This technique only works underwater—

این روش فقط در زیر آب عملی است؛

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

بیرون از آب، اختلاف فشار ایجاد شده توسط باز و بسته شدن پوشش‌های آبشش

isn’t strong enough to pull in sufficient air.

برای وارد کردن هوای مورد نیاز به اندازه کافی قوی نیست.

But under the surface, it’s remarkably efficient.

اما در زیر سطح آب، این فرآیند به طرز شگفت‌انگیزی کارآمد است.

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

در داخل «لاملا»ها، خون در جهت مخالف جریان آب حرکت می‌کند

creating a counter-current system that optimizes gas exchange.

و یک سیستم جریان معکوس ایجاد می‌کند که تبادل گاز را بهینه می‌سازد.

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

در واقع، آبشش‌ها می‌توانند تقریباً ۷۵٪ از اکسیژن در حال گذر را جذب کنند؛

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

این مقدار دو برابر درصد اکسیژنی است

که ریه‌های ما با یک دم، از هوا استخراج می‌کنند.

Fish also breathe much more frequently than we do.

ماهی‌ها بسیار بیشتر از ما نفس می‌کشند.

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

یک انسان بالغ به طور متوسط ۱۲ تا ۱۸ بار در دقیقه نفس می‌کشد،

while most fish pull water over their gills

در حالی که بیشتر ماهی‌ها ۲۰ تا ۸۰ بار در دقیقه

anywhere from 20 to 80 times a minute.

آب را از روی آبشش‌های خود عبور می‌دهند.

Those numbers would raise even a marathoner’s eyebrows.

این ارقام حتی دهان یک دونده ماراتن هم باز می‌گذارد!

Thanks to this fast, frequent, and efficient breathing

به لطف این تنفس سریع، مکرر و کارآمد،

fish process far more oxygen than we do.

ماهی‌ها اکسیژن بسیار بیشتری را نسبت به ما پردازش می‌کنند.

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

این همچنین دلیل آن است که برخی از گونه‌ها

می‌توانند در اعماق دریا زندگی کنند.

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

آبزیان بیشتر اکسیژن خود را از سطح آب دریافت می‌کنند،

where O2 dissolves into the water and begins circulating.

چراکه اکسیژن از آنجا در آب حل شده و وارد جریان آن می‌شود.

But further down, there are oxygen minimum zones,

اما در عمق بیشتر، مناطقی با اکسیژن خیلی کم‌تری وجود دارند

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

که میزان اکسیژن آن‌ها به حداقل ۰.۵ میلی‌گرم در هر لیتر می‌رسد.

To get the oxygen they need,

ماهی‌هایی که در این اعماق زندگی می‌کنند

fish living at these depths rely on increased gill ventilation

برای تأمین اکسیژن مورد نیاز خود، به تهویه بیشتر آبشش‌ها

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

و قلب‌هایی متکی هستند که حجم بالایی از خون

اکسیژن‌دار را در سراسر بدن پمپاژ می‌کنند.

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

حتی با این ترفندها، گاهی اوقات باز هم اکسیژن کافی در دسترس نیست

forcing fish to adapt more extreme solutions.

و ماهی‌ها مجبور می‌شوند به راه‌حل‌های بسیار عجیب‌تر روی آورند.

For example, the Australian lungfish lives in a habitat

برای مثال، «ماهی ریه‌دار استرالیایی» در زیستگاهی زندگی می‌کند

where the water level drops precipitously in August and September,

که سطح آب در ماه‌های آگوست و سپتامبر به شدت کاهش می‌یابد

making it almost impossible to survive with gills alone.

و زنده ماندن تنها با استفاده از آبشش‌ها تقریباً غیرممکن می‌شود.

Fortunately, these fish have gills and lungs.

خوشبختانه، این ماهی‌ها آبشش و ریه را باهم دارند.

Using their long, thin limbs,

با استفاده از اندام‌های بلند و باریک خود،

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

می‌توانند دهانشان را بالاتر از سطح آب رسانده و نفس‌های عمیقی بکشند،

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

که این به آن‌ها اجازه می‌دهد برای چند روز خارج از آب زنده بمانند.

And other species of lungfish can survive above ground even longer

سایر گونه‌های ماهی ریه‌دار نیز می‌توانند حتی مدت بیشتری روی سطح زمین

in cocoons of mud and mucus.

در پیله‌هایی از گل و مخاط زنده بمانند.

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

خوشبختانه اکثر ماهی‌ها مجبور نیستند با چنین روش‌هایی خود را با محیط سازگار کنند.

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

از حق نگذریم، ۷۱٪ از سطح زمین پوشیده از آب است،

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

که به این حیوانات آبزی فضای زیادی می‌دهد

تا قابلیت‌های آبشش‌های خود را به رخ بکشند.