Evolusi Paru-paru pada Vertebrata dilihat dari Hewan Lamprey

SUMBER

Pada tetrapoda, pernafasan tidak hanya tergantung pada paru-paru saja. Bernafas diudara pada tetrapoda muncul pada ikan. Vertebrata yang bernafas dengan paru-paru berasal dari struktur progenitor yang ada pada ikan bertulang primitif. Pernapasan memerlukan Sentral Generator Ritme. yang akan mengaktifkan otot respirator untuk memberi ventilasi pada paru-paru dan kumpulan batang otak kemoreseptor. Pernapasan dengan CRG_AB (CO₂/ph-modulated air-breathing CRG) berbeda secara anatomi dan fungsionalnya daripada CRG insang yang tidak termodulasi oleh CO₂/ph. Awal dari kebutuhan pada CO₂/memodulasi pH tidak diketahui, tetapi mungkin bisa sebagai awal mula evolusi dari paru-paru.

Batang otak pada lamprey memperlihatkan adanya ritme berhenti pada saraf kranial yang mengubungkan otot ventilasi. Ritme berhenti ini dihasilkan dari CRG untuk ventilasi faring. Pola ini dilakukan secara periodic yang disebut ritme lambat atau batuk. Ritme in hampir sama dengan ritme pada larva ampfibi yang memperlihatkan produk dari CRG ventilasi insang dan CRG bernafas (CRG_AB).

Pada amphibi dan semua amniotes tingkat tinggi, CRG_AB responsive terhadap pusat kemoreseptor sensitive CO₂/Ph yang memodulasi ventilasi untuk memenuhi kebutuhan metabolis. Awal mula CRG_AB pada vertebrata tidak jelas dan pusat kemoreseptor sensitive CO₂/Ph pada amfibi sangat kontroversi. Maka dari itu, peneliti menganggap ritme lambat atau batuk CRG dari lamprey adalah awal mula dari CRG_AB pada tetrapoda dan pengetesan hipetesis ini dimodulasi dari CO₂/Ph.

Gambaran “ritme lambat’ atau ‘batuk’ yang telah ditemukan terjadi pada Lamprey secara in vivo dan in vitro, didasarkan oleh sensitifitas pusat terhadap CO₂. Hal ini menunjukkan bahwa unsur-unsur penting bagi evolusi bernafas pada tetrapoda, hadir dalam nenek moyang vertebrata yang paling awal sebelum evolusi paru-paru. Sehingga peneliti tersebut mengusulkan bahwa evolusi bernapas pada semua vertebrata terjadi melalui pelencengan pada elemen basal yang penting.

Hasilnya, secara anatomi ditemukan bahwa CRG saat ritme lambat pada lamprey dimodulasi adanya CO₂/ph. Walaupun ritme lambat itu distimulasi in vivo respon karena kadar CO₂ tinggi di air dan hewan ini mulai gelisah dengan kondisi ini. Hal ini membuat penasaran mengapa CRG termodulasi CO₂/PH dapat terjadi pada organisme yang membutuhkan pertukaran udara yang umumnya dipenuhi oleh perairan, pada lingkungan air normalnya tidak ada pembatasan pengeluaran CO₂. Bagaimanapun lamprey yang hidup diliang melakukan sikap adaptif ini karena pertimbangan mencegah banyaknya kandungan CO₂ di sarangnya yaitu di liang yang di gali lamprey itu sendiri. Substrat yang bisa saja runtuh  ke liangnya, mengganggu aliran air masuk dan akan terlalu banyak CO₂. Dengan demikian CRG termodulasi CO₂/PH bersifat adaptif.

Ventilasi Ammocoete dimodulasi oleh hipoksia atau kekurangan oksigen. Dari temuan ini, dapat memberikan wawasan ke dalam evolusi control ventilasi dan konservasi mekanisme control dasar di seluruh garis umur vertebrata. Awal mula CRG untuk “batuk” adalah usaha pertahanan untuk menghasilkan arus air yang kuat berfungsi untuk membersihkan struktur insang halus. Ventilasi model ini dengan evolusi dari paru-paru pada ikan primitive (yang diwakili oleh ikan berparu-paru dan amphibi) karena perekrutan insang CRG untuk ventilasi dan CRG batuk berfungsi sebagai CRG_AB. Penelitian ini menemukan dan menjelaskan bahwa mekanisme batuk pada lamprey tidak ada hubungannya dengan mekanisme batuk untuk tetrapoda. Hal ini jelas karena reptile dan amphibi tidak batuk. Namun mekanisme sensitive kekurangan CO₂ dan perubahan asam sejalan dengan kehadiran seperti di leluhur umum untuk semua vertebrata. Jadi  Lamprey yang memiliki sebuah CRG sensitive CO₂/PH mungkin memberikan substrat penting untuk evolusi pernafasan vertebrata.

SUMBER : Hoffman, M., et al., Evolution of lung breathing from a lungless primitive vertebrate. Respir. Physiol. Neurobiol. (2015), http://dx.doi.org/10.1016/j.resp.2015.09.016

Kalian juga bisa baca beritanya di KOMPAS SAINS