Kertenkele akciğer labirentinin ardından
Derin bir nefes alın. Yavaşça verin.
Dünyadaki en derin evrimsel devrimlerden birine yeni katıldınız – karada hava solumak. 400 milyon yıl önce denizden çıktıktan sonra ilk omurgalıların nasıl büyüdüğü belli değil, ancak akciğerler önemli bir ipucu tutuyor.
Kuşlar, sürüngenler, amfibiler ve memeliler çeşitli akciğer yapıları geliştirmiştir; hava bunların içinden karmaşık şekillerde akar.
Kuşlar ve memeliler, hava akışı spektrumunun uç noktalarını işaretler. Memeliler, oksijenin girdiği ve karbondioksitin kan dolaşımından çıktığı küçük keselerde son bulan daha küçük dallara akan oksijen açısından zengin havayı solurlar. Memeliler nefes verdiğinde, tükenen hava aynı yolu izleyerek vücuttan dışarı çıkar ve sözde bir gelgit akış modeli sergiler.
Bunun aksine, kuş nefesi, solunum sisteminin bir kısmında bu gelgit akış modelinde, ancak akciğerin çoğu boyunca tek yönlü bir döngüde hareket eder. Aerodinamik valflere sahip benzersiz tasarım sayesinde hava, hem soluma hem de soluma sırasında her zaman çok sayıda küçük tüp aracılığıyla kuşun kafasına doğru hareket eder.
Bilim adamları bu modelin hiper verimli olduğunu ve uçuşu desteklemek için geliştiğini düşündüler. Fakat Utah Üniversitesi biyolog Colleen Farmer ve meslektaşları, timsahların ve iguanaların da tek yönlü bir hava akışı modeline sahip olduğunu keşfettiler.
bu NSF tarafından finanse edilen biyologlar, Savannah monitör kertenkelelerinin, kuş ve memeli akciğerlerinin hibrit bir sistemi olan akciğer yapılarına sahip olduğunu keşfettiler. Araştırmacılar tüm akciğer labirentinin BT taramalarını yaptılar ve iki süper bilgisayar kullandılar — dünyanın en hızlı sistemlerinden biri dahil, Mavi Sular — hava akış modellerini en yüksek çözünürlükte simüle etmek için.
NSF’nin Bilgisayar ve Bilişim Bilimi ve Mühendisliği Müdürlüğü tarafından finanse edilen Blue Waters ve diğer liderlik sınıfı bilgi işlem sistemleri, bilim ve mühendislikteki en zorlu hesaplama ve veri yoğun sorunlardan bazılarını çözüyor. Örneğin, akciğer labirentini modellemek için kullanılan yazılım, hava durumunu tahmin etmek için kullanılana benzer hesaplamalı akışkan dinamiği kullandı ve saniyenin onda biri kadar milyonlarca denklem hesapladı.
bu kağıt yayınlandı Anatomik Kayıt.