Anatomía de la Sirenita III – Pulmones y conductos arquinéfricos

Seguimos examinando la anatomía de la sirenita más famosa del cine animado y sin animar. Tras echarle un vistazo al modo de nadar de la joven Ariel, en esta ocasión nos toca profundizar un poco más en su cuerpo y analizar su respiración. Y ya aviso que será un tema más complejo de lo que podría parecer.

Como en todos los animales, el organismo de una sirena necesita intercambiar oxígeno y dióxido de carbono con el medio que les rodea para mantener activo su metabolismo. El problema es que Ariel es perfectamente capaz de respirar con soltura tanto fuera como dentro del agua, y este hecho puede llegar a complicar las cosas sobremanera a quien intenta desentrañar los secretos de su anatomía.

♫ Si a una sirena tú escuchas cantar, tendrá respiración pulmonar

El estilo de respiración aérea de Ariel está muy claro: tiene respiración pulmonar, típica de los humanos, los mamíferos y el resto de vertebrados terrestres, siendo muy capaz de respirar de forma indefinida en la atmósfera utilizando sus propios pulmones mamiferoides. En este punto no hay ningún problema.

Y en la misma película nos proporcionan pruebas irrefutables. Las sirenas, y Ariel en particular, puede cantar con una voz fuerte y clara capaz de cautivar sin remedio a los hombres, sobre todo a los marineros que llevan mucho tiempo en alta mar y hace tiempo que no ven a una mujer. De hecho, así cantan a coro los marineros a bordo del navío del príncipe Erik:

Las sirenas pueden generar sonidos audibles en la atmósfera, y un animal de respiración aérea sólo tiene dos maneras de hacerse oír por otras criaturas terrestres:

• Mediante sonidos mecánicos de percusión – tal y como hacen los insectos estriduladores (grillos, cigarras, notonectas…), los pájaros carpinteros o los gorilas.
• O vocalizando, al hacer pasar una corriente de aire a través de estructuras especiales situadas en las vías respiratorias – como la siringe en las aves o las cuerdas vocales en los mamíferos.

La respiración atmosférica de Ariel es pulmonar y genera su voz angelical haciendo pasar el aire a través de las cuerdas vocales de su laringe. La respiración pulmonar es sin duda el mecanismo de intercambio gaseoso más eficaz si un animal necesita extraer oxígeno del aire.

Respiración subacuática «al estilo de las holoturias»

El problema llega cuando Ariel se sumerge. Aquí la doble naturaleza «humano-pez» de las sirenas no sirve de nada, pues nuestra sirenita no ha heredado las branquias que tanto caracterizan a los peces. Ariel no tiene branquias ni hendiduras branquiales que permitan el flujo unidireccional de agua a través de estructuras respiratorias. Y como no podemos contar con la respiración branquial para explicar la supervivencia de nuestra sirenita bajo el agua tendremos que encontrar otras alternativas.

Podríamos pensar en el estilo respiratorio de los cetáceos. Delfines y ballenas viven con la necesidad de volver a la superficie a respirar cada poco tiempo, pero eso no les ha impedido establecerse en la cima de las cadenas alimentarias marinas durante los últimos 60 millones de años. Y antes que ellos, los ictiosaurios y otros grandes reptiles marinos reinaron a su vez teniendo la misma necesidad.

Si reptiles y mamíferos dominaron los océanos con su respiración pulmonar, también las sirenas podrían hacerlo: salen a la superficie, toman aliento y aguantan bajo el agua. Sería una buena hipótesis… si no fuera por las «normas» del rey Tritón.

El rey Tritón prohíbe las visitas a la superficie. No quiere que sus hijas ni ningún habitante submarino de Atlántica se exponga a los ávidos ojos de de los humanos y sus artes de pesca, por lo que prohibió cualquier acercamiento a la superficie y a las criaturas que allí viven. Por supuesto, las órdenes de su padre no van a frenar la curiosidad de Ariel; pero si el rey Tritón prohibió tajantemente acercarse a la superficie, quiere decir que las sirenas respiran bajo el agua, con independencia del aire atmosférico.

En “Pulmones de holoturia” aprendimos que los pepinos de mar pueden tomar oxígeno del agua marina usando unos pulmones análogos a los nuestros, solo que llenándolos de agua en lugar de aire, como si fuera una especie de pulmón subacuático. Esto se corresponde bastante bien con lo que vemos en la película, porque cuando Ariel habla y canta bajo el agua hace los mismos gestos y su pecho y abdomen se mueven tal y como lo haría si respirase normalmente con sus pulmones.

Ahora bien, supongamos que Ariel se sumerge y llena de agua sus pulmones, y más tarde decide salir de nuevo a la superficie. Para cambiar sus pulmones de «modo subacuático» a “modo atmosférico” deberá previamente vaciarlos de agua y llenarlos de aire.

¿Cómo puñetas vaciaría de agua los pulmones? ¿Tosiendo? Para los mamíferos es la única manera de expulsar líquidos de las vías respiratorias. Cualquiera que se haya atragantado alguna vez sabe lo doloroso y aparatoso que resulta expulsar algún trago de agua que se vaya por mal sitio. Sin embargo, Ariel se partiría por la mitad de tanto toser si tuviera que desaguar los 2 litros de agua promedio que puede albergar una mujer en cada pulmón.

Si tuviese que toser como una descosida cada vez que sale a la superficie, Ariel se lo pensaría dos veces antes de llevarle trastos a Scuttle.

La respiración pulmonar «al estilo de las holoturias» es la más plausible para Ariel y su especie. Tan solo nos queda encontrar alguna opción anatómica que permita a nuestra joven sirenita vaciar sus pulmones con comodidad al salir del mar. Y creo que la embriología nos dará una solución.

Conductos arquinéfricos, un desagüe primitivo

A los pulmones de Ariel le vendrían bien unos desagües inferiores que permitan la evacuación rápida e indolora de grandes volúmenes de agua. De esta manera, con solo sacar el pecho por encima del nivel del mar, el agua saldría por gravedad y entraría aire para rellenar el vacío.

Ariel no tiene en el torso ningún orificio que conecte a los pulmones directamente con el exterior, pero es posible que dicha conexión se establezca con la cloaca por medio de unos conductos internos llamados «conductos arquinéfricos».

Los conductos arquinéfricos (o conductos de Wolff) son unos tubos pares que forman parte del holonefros, un sistema excretor típico de los vertebrados primitivos formado por pequeños paquetes de nefronas dispuestas metaméricamente. En otras palabras, son como diminutos riñones pareados a lo largo de todo el cuerpo que vierten la orina en un tubo común, el conducto arquinéfrico, que desemboca en la cloaca.

Pero eso era en tiempos remotos. Durante la evolución de los vertebrados, los paquetes de nefronas anteriores (pronefros y mesonefros) se fueron perdiendo de manera paulatina, hasta que al final, sólo quedaron los metanefros (convertidos en nuestros riñones actuales) y los tubos arquinéfricos fueron retrocediendo para convertirse en los uréteres que conectan los riñones con la cloaca en aves y reptiles (o con la vejiga urinaria en los mamíferos).

Todavía hoy todos los vertebrados tenemos este sistema completo en algún momento de nuestra vida, aunque sólo sea durante la etapa embrionaria. En la mayoría de vertebrados actuales, los componentes anteriores del holonefros son reabsorbidos durante el desarrollo fetal, dejando sólo los riñones y los uréteres; pero al menos existe un animal que conserva los holonefros y los conductos arquinéfricos enteros hasta la edad adulta. Y esos son los mixines.

Los mixines o peces bruja son unos peces con aspecto de gusano que viven en los fondos oceánicos, alimentándose de los restos que llegan desde las capas superficiales del mar. Son completamente ciegos y se guían por las vibraciones en el agua y los olores que detectan con los barbillones que tienen en torno a la boca. Son verdaderos fósiles vivientes, los vertebrados más primitivos que aun viven en el mundo actual. Apenas han cambiado su forma corporal ni su estilo de vida desde hace 400 millones de años.

¿Y si, en Ariel y las demás sirenas, los conductos arquinéfricos también sobrevivieran más allá de la etapa embrionaria, como en los mixines, y estuvieran además conectados con la parte inferior de los pulmones? Puede ser algo rebuscado, pero así quedaría resuelta la evacuación del agua pulmonar de una manera muy elegante.

Al salir a la superficie, el agua atravesaría los conductos y saldría por la cloaca, y no tendría por qué interferir con el funcionamiento de los riñones, que también estarían conectados a ellos. Un par de válvulas en cada conducto para evitar posibles reflujos de agua y orina (análogas a las que existen en las venas) y ya tenemos un sistema evacuatorio ideal para los pulmones de nuestra sirenita*.

Respiración cutánea y hematocrito alto

En «El problema del pulmón subacuático», estuvimos analizando los problemas que afrontaría un mamífero que hubiese evolucionado para respirar con pulmones subacuáticos «al estilo de las holoturias»: tendría un metabolismo de sangre caliente más exigente que el de cualquier pez, y el agua es más densa y contiene muy poco oxígeno disuelto.

Para acelerar la extracción de oxígeno en los pulmones, una sirena necesitaría un hematocrito muy alto en su sangre (es decir, una sangre muy rica en hematíes o glóbulos rojos), así como una concentración de hemoglobina eritrocitaria especialmente elevada.

Además, si nuestra sirenita dispusiera de un modo de complementar a los pulmones, sería ideal. Es posible que puedan utilizar el fino tegumento externo de su cola a modo de órgano accesorio de respiración cutánea. Por medio de una red de capilares sanguíneos dispersos bajo la piel de la cola, por los que circulase la sangre, podría realizar el intercambio gaseoso directamente con el agua.

No son pocos los animales capaces de tomar el oxígeno del agua a través de la piel sin necesidad de órganos especializados. Infinidad de pequeños invertebrados respiran así y en animales tan grandes como los peces y muchos anfibios la respiración cutánea sigue teniendo mucho peso, hasta el punto de que algunas salamandras ni siquiera tienen pulmones y respiran exclusivamente a través de su fina y húmeda piel.

Resumiendo. Ariel y los demás miembros de su especie presentan respiración pulmonar, que será aérea cuando respiren en la atmósfera, y subacuática si se encuentran bajo el agua, con unos conductos arquinéfricos que permiten la evacuación del agua intrapulmonar a través de la cloaca. Y como complemento, respiración cutánea a través de la piel de su cola, como harían los anfibios.

Dicho queda. Si no habéis tenido suficiente con semejante tratado de especulación biológica, pronto tendréis la siguiente entrega de esta serie. ¡No os la perdáis!

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* También habría que tener en cuenta al surfactante pulmonar y todo el entramado de los alvéolos, que haría más compleja la teórica conexión de los pulmones con los conductos arquinéfricos. Los pulmones mamiferoides no son unas simples bolsas llenas de aire; no lo olvidemos.