Wenn eine Boa Constrictor ihre Zwerchfelle um eine zappelnde Ratte wickelt, ist es leicht, Mitleid mit dem bald leblosen Nagetier zu haben, dessen Blutversorgung so blockiert ist, dass sein Herz aufhört zu pumpen.
Aber denken Sie auch an die Notlage der Schlange. Das Krabbeln einer Boa – die einen Druck von bis zu 25 Pfund pro Quadratzoll ausüben kann – zerquetscht nicht nur das Leben aus seiner Beute. Es komprimiert auch die Raubtierwobei die Teile des Körpers, die das Herz der Schlange beherbergen, und die oberen Teile ihrer Lunge und ihres Darms, manchmal für bis zu 45 Minuten am Stück, stark zusammengedrückt werden.
„Das gesamte vordere Körperdrittel ist involviert“, was den Organen im Inneren überhaupt keinen Spaß macht, sagt John Capano, der an der Brown University Reptilien studiert. Andere Tiere zu Tode zu zwingen, ist wie der Versuch, einen Wrestling-Kampf zu gewinnen, während man in ein Korsett geschnürt ist – ein Rezept, wie es scheint, für die Selbsterstickung. Aber Boas schaffen es irgendwie und schlucken dann ihre Beute ganz, streichelte ihre Brust von außen, dann von innen und atmete die ganze Zeit leicht. Capano hat eine besondere Art, dieses merkwürdige Phänomen zu beschreiben, das Schlangenliebhaber seit Jahren verwirrt: „Wie tötet ein Brustkorb einen anderen Brustkorb, ohne sich selbst zu verletzen?“
Der Schlüssel, haben er und seine Kollegen herausgefunden, ist die präzise Steuerung. Boas sind im Grunde Akkordeons aus Knochen: Sie haben Hunderte von Rippenpaaren, die sich fast über die gesamte Länge ihres Körpers erstrecken. Und sie können „ein paar Rippchen auswählen“, sagte Capano mir, „und nur diese verwenden.“ Die fingerähnlichen Knochen flammen in isolierten Gruppen auf und zwingen nur die Lungenteile direkt darunter zum Aufblasen – im Endeffekt passen sie an, welche Teile des Organs die Schlange zum Einatmen verwendet. Ein solches Manövrieren ermöglicht es den Boas, das Atmen abzulenken Weg von den Körperteilen, die Beute einschnüren oder verdauen, und zu die unbelasteten Teile, die sich frei ausdehnen können und es dem Brustkorb ermöglichen, gleichzeitig das Abendessen herunterzudrücken und die Lunge auszublasen. Diese Handlungen stehen normalerweise „im Widerspruch zueinander“, sagt Jennifer Rieser, die Biophysik verwendet, um Schlangenbewegungen an der Emory University zu untersuchen. Aber die Boa Constrictor – und ihr Atem – findet einen Weg hindurch.
Die Idee der lokalisierten Atmung ist nicht ganz neu. Im Laufe der Jahre waren mehrere Biologen zu dem Verdacht gekommen, dass Boas und ihre Verwandten der Erstickung entgehen könnten, indem sie ihren Atem überall hin und her bewegen. Das wäre für die meisten Tiere eine große Herausforderung, aber nicht so für Schlangen: Die Lunge einer Boa zum Beispiel läuft herum 30 Prozent seiner gesamten Körperlänge, wodurch viel Platz für das Einziehen und Ausstoßen von Luft geschaffen wird. (Technisch gesehen ist das nur die rechte Lunge; die linke ist geschrumpft und fast nicht vorhanden, ein nicht funktionierender Knubbel.) Noch bevor Capano mit seinen eigenen Experimenten begann, hatte er ein intuitives Gefühl für die Lungenlokalisierung bekommen, indem er einfach jede Menge beobachtete und hielt Schlangen. Er könnte fühlen ihre Körper blähten und entleerten sich in Abschnitten, während andere Teile still blieben; Er erinnert sich sogar an einen Fall, in dem eine seiner Boas mit zwei Körperregionen gleichzeitig zu atmen begann und die Dehnung dazwischen abschaltete. Aber seine und ähnliche Beobachtungen waren alle beiläufig gewesen. Niemand hatte es geschafft, in die Schlangen hineinzuspähen, um das Wie und Warum ihrer Aspirations-Mätzchen herauszufinden.
Dazu stellte Capano eine kleine Kavallerie von Boas zusammen und simulierte den Akt der Einengung, indem er den Schlangen Blutdruckmanschetten anlegte und sie aufpumpte. Um herauszufinden, was darunter vor sich ging, musste er die Bewegung der Rippen der Schlangen messen – „der offensichtlichste Indikator für das Verständnis, ob eine Belüftung stattfindet“ in der Lunge im Inneren, sagte er. Also verwendete er eine Kombination aus Röntgenvideos und CT-Scans und fügte das Filmmaterial zusammen, um die Verschiebung der Knochen in Echtzeit zu modellieren. Talia Moore, Expertin für Biomechanik und Schlangenforscherin an der University of Michigan, sagte mir, dass Capanos Arbeit, an der sie nicht beteiligt war, einige der „klügsten biomechanischen Experimente der letzten Jahre“ beinhaltet. Dank der Blutdruckmanschette musste niemand warten, bis die Schlangen über eine ausreichend deftige Mahlzeit stolperten.
Wenn die Luft aus den Manschetten abgelassen wurde, atmeten die Schlangen nur mit dem Teil ihrer Lunge, der dem Kopf am nächsten war. Dieser Abschnitt des Organs würde für uns am bekanntesten aussehen: Er ist mit Blutgefäßen durchzogen, bereit, Sauerstoff aus der durchströmenden Außenluft aufzunehmen. Dem hinteren Teil der Lunge hingegen fehlt es vollständig an Gefäßen, was „einem Ballon mit nichts darin“ ähnelt, sagte Capano. Dieses Bit bleibt inaktiv, wenn die Schlange nur abkühlt.
Aber als Capano die Manschette um die Rippen, die die obere Hälfte der Lunge umschließen, aufblähte und den Druck der Verengung nachahmte, verlagerten sich die anatomischen Prioritäten der Schlange. „Die Rippen an der Vorderseite des Körpers, wo wir die Blutdruckmanschette gerade nach oben angelegt haben, haben aufgehört, sich zu bewegen“, sagte Capano. Nur die Rippen hinter der Manschette weiteten sich und rissen den unteren Teil der Lunge auf. Capano vergleicht die Bewegung mit einem Blasebalg, der Luft durch seine Düse ansaugt. Es gibt keine andere Möglichkeit, sagte er mir, Luft einzusaugen und sie an den blutreichen Kompartimenten der oberen Lunge vorbeizutreiben, wenn das vordere Ende der Schlange durch Nahrung vor und nach dem Schlucken beeinträchtigt wird. Das Muster kehrte sich um, als Capano die Manschette nach unten verschob und stattdessen die Rippen um die unteren Teile der Lunge einschnürte – vermutlich was passieren würde, wenn die Mahlzeit der Schlange den Verdauungstrakt durchquerte und die Oberseite des Körpers wieder freigab.
Dieses vorsichtige Fummeln der Rippen ist so geschickt, so präzise, dass sich die Schlangen fast so verhalten können, „als hätten sie mehrere Brustkörbe“, sagt Beth Brainerd, die Capanos Forschung bei Brown beaufsichtigte. Die Kontrolle der Schlangen über ihre Knochen ist ebenfalls freiwillig: Jede Rippe wird von einem einzelnen Muskel manipuliert, wie die Saite, die an einer Klaviertaste befestigt ist; Das Tier kann nur wenige Einheiten auf einmal wackeln. „Es ist eine ziemlich geniale Lösung“ für die schwierigen Anforderungen des Einschnürens und Einatmens, sagt Rita Mehta, eine Expertin für Biomechanik an der UC Santa Cruz, die die Schlangeneinschnürung untersucht hat, aber nicht an der Arbeit von Capano und Brainerd beteiligt war.
Schlangen sind wahrscheinlich am besten für die Teile der Anatomie bekannt, die ihnen fehlen – Arme, Beine, all die flaumigen Teile, die anderen Tieren helfen, zu rennen und ihre Welt zu erfassen und zu navigieren. Aber vielleicht macht das aus, was die Reptilien mit den Körperteilen machen können, die sie haben verfügen über, und wie vielseitig ihre Rippen geworden sind, umso bemerkenswerter, sagte mir Moore. Die abschnittsweise Atmung hat es Schlangenarten möglicherweise sogar ermöglicht, größere und stärkere Beute zu jagen. Im Laufe der Jahrtausende wurden das Einschnüren und Atmen keine Feinde, sondern Tag-Teaming-Partner, wodurch das, was als physiologisches Paradoxon begann, zu einem großen evolutionären Vorteil wurde.