Vogels zijn drukke dieren. Denk maar aan insectenetende vliegenvangers, ver vliegende kustvogels en zwevende kolibries, en je krijgt een beeld van hoe actief vogels kunnen zijn. Daarom geven ze de voorkeur aan energierijk voedsel en hebben ze een hoge stofwisseling die veel zuurstof vereist.
De ademhalingssystemen van zoogdieren zijn jammerlijk ontoereikend om de hoeveelheden zuurstof te leveren die vogels nodig hebben.
Bij mensen bijvoorbeeld verbindt een buis, de trachea, onze neus en de achterkant van de mond met onze longen. De luchtpijp splitst zich in twee primaire bronchiën die de longen ingaan, waar ze zich splitsen in secundaire bronchiën, die op hun beurt vertakken in tertiaire bronchiën. Deze geven aanleiding tot kleine buisjes, bronchiolen genaamd, die uitmonden in dunwandige, druifachtige clusters die alveoli worden genoemd (linksonder in het diagram hierboven). Omgeven door een netwerk van capillairen, zijn alveoli de plaatsen voor gasuitwisseling. Door drukverschillen diffundeert zuurstof van de longblaasjes naar de haarvaten in het bloed, en kooldioxide diffundeert van de haarvaten in de longblaasjes.
Het cul-de-sac karakter van onze longen betekent dat lucht normaal gesproken in twee richtingen stroomt – dat wil zeggen van onze neusgaten via de luchtpijp naar de longblaasjes en weer terug door dezelfde kanalen. Daaruit volgt dat de lucht die eerst in de longblaasjes wordt ingeademd, overblijft en muf is, omdat hij het grootste deel van zijn zuurstof heeft afgegeven vóór de laatste uitademing. Een bidirectionele luchtstroom is dus inefficiënt.
Advertentie
Een efficiënter systeem
Vogels gebruiken een efficiënter systeem, waarbij dunwandige luchtzakken met de longen zijn verbonden. Zoals te zien is op de afbeelding van de kardinaal, vullen de luchtzakken de lichaamsholte. Zij zijn niet rechtstreeks betrokken bij de gasuitwisseling, maar fungeren als blaasbalgen om de luchtstroom door de longen in één richting te sturen, van achter naar voren. Dit verhoogt de efficiëntie van de longen.
Een ander groot verschil tussen zoogdieren en vogels is dat de druifachtige alveoli zijn vervangen door dunwandige, buisvormige structuren die parabronchi worden genoemd (rechtsonder in het diagram). Net als de menselijke alveoli zijn de parabronchi bij vogels bedekt met een rijk aanbod aan haarvaten en vormen zij de plaatsen voor de gasuitwisseling. Parabronchi bevinden zich overal in de longen tussen secundaire bronchiën. Net zoals lucht in één richting door de longen stroomt, stroomt het ook in één richting door de parabronchi, van de ene secundaire bronchus in de andere.
Het geniale van de luchtzakken is dat zij een continue, eenrichtingsstroom mogelijk maken, zowel tijdens het inademen als tijdens het uitademen. De luchtzakken zijn in twee groepen gerangschikt: de ene komt van de voorkant van de longen (anterieur) en de andere van de achterkant van de longen (posterieur). Zo werkt het systeem:
Als de longen worden ingeademd, zetten de achterste luchtzakken uit, waardoor lucht naar de primaire bronchiën wordt gezogen, die aan het uiteinde van de longen uitmonden. Terwijl een deel van de lucht wordt omgeleid door secundaire bronchiën in de buurt van de achterkant van de longen en in parabronchi, gaat het grootste deel direct in de achterste groep van luchtzakken. Tegelijkertijd zetten de voorste luchtzakken uit, waardoor lucht uit de parabronchi door de secundaire bronchiën wordt gezogen. Zo ontstaat de eenrichtingsstroom van achter naar voren door de longen.
Advertentie
Eenrichtingsstroom
Tijdens de uitademing trekken de luchtzakken samen, waardoor lucht uit beide luchtzakgroepen wordt geperst. Lucht uit de achterste luchtzakken stroomt door de parabronchi, terwijl lucht uit de voorste luchtzakken naar de primaire bronchiën en de luchtpijp stroomt en vervolgens het lichaam verlaat. Er blijft wat muffe lucht in het systeem achter, maar niet genoeg om de algehele efficiëntie aanmerkelijk te verminderen. Merk op dat zowel bij inademing als bij uitademing de lucht in één richting door de parabronchi stroomt.
Vogels ademen anders dan zoogdieren omdat zij geen middenrif hebben. Zij verplaatsen lucht in en uit hun longen en luchtzakken door middel van speciale spieren die de ribben en het borstbeen naar beneden en naar voren bewegen, waardoor de lichaamsholte groter wordt en de lucht wordt ingeademd, en vervolgens naar boven en naar achteren, waardoor de lichaamsholte wordt samengetrokken en de lucht wordt uitgeademd.
Thermoregulatie is een andere essentiële functie van de luchtzakken. Het hoge activiteitenniveau van vogels genereert overmatige warmte die moet worden afgevoerd. Vogels hebben echter niet de warmte-afvoerende zweetklieren die wij bezitten.
Houd in gedachten dat zweetklieren koelen door een zoute afscheiding te produceren die van de huid verdampt. De warmte die nodig is om zweet van een vloeistof in een damp om te zetten, komt van de huid, die daardoor afkoelt. Vogels veranderen water in damp op een vergelijkbare manier in de luchtzakken, behalve dat de warmte die nodig is om het water te verdampen afkomstig is van organen en weefsels rond de luchtzakken.
Een fijn afgesteld ademhalingssysteem dat lucht in één richting verplaatst, maakt het hoge activiteitsniveau van vogels mogelijk. En de luchtzakken helpen de temperatuur te regelen door een mechanisme te verschaffen om overtollige lichaamswarmte af te voeren. Het systeem is weer een ander voorbeeld van de verbazingwekkende biologie van vogels.
Dit artikel uit Eldon Greij’s column “Amazing Birds” verscheen in het maart/april 2014 nummer van BirdWatching.