Ocena brak

Układy oddechowe u zwierząt

Autor /wera Dodano /31.01.2012

Wszystkie zwierzęta potrzebują do życia tlenu. Jest on niezbędny w procesach chemicznych do przekształcenia pokarmu w energię użyteczną. Głównym produktem ubocznym tej przemiany jest dwutlenek węgla.
Ponieważ zwierzęta potrzebują stałego dopływu energii, muszą one nieustannie po­bierać tlen i wydalać dwutlenek węgla. Od­dychanie polega więc na ciągłej wymianie gazów.
U wszystkich zwierząt proces przebiega tak samo: do ciała przenika tlen, a wydalany jest dwu­tlenek węgla. Ponieważ zwierzęta wytwarzając energię, stale zużywają tlen, w ich ciałach jest zawsze mniej tlenu niż w otoczeniu. Tlen z oto­czenia przemieszcza się samorzutnie tam, gdzie jego stężenie jest mniejsze, tak więc w drodze dy­fuzji dostaje się przez powierzchnie oddechowe do ciała zwierzęcia. Podobnie jest z dwutlenkiem węg­la - oddychające zwierzęta ciągle wytwarzają ten gaz i dlatego w ich ciałach jest go więcej niż w otoczeniu. Przenika więc on przez powierzchnie oddechowe na zewnątrz.

Powierzchnie oddechowe
Powierzchnie oddechowe mają rozmaitą postać i wielkość, jednak łączy je wiele podobieństw. Muszą one być zawsze wilgotne, gdyż tlen może przemieszczać się przez błonę tylko wtedy, gdy jest rozpuszczony w wodzie. Dla zwierząt wod­nych utrzymanie wilgoci na powierzchni oddecho­wej nie stanowi problemu. U większości zwierząt lądowych, które odparowują duże ilości wody, układy oddechowe są przystosowane do ogranicze­nia tempa parowania. Powierzchnia oddechowa składa się zwykle z bardzo cienkiej warstwy komó­rek: im cieńsza jest błona, tym szybsza dyfuzja gazów. Duże znaczenie ma także wielkość po­wierzchni oddychania determinująca ilość gazu wymienionego w danej jednostce czasu. Zwierzęta zużywające więcej energii muszą pobierać większe ilości tlenu i wydalać dużo dwutlenku węgla.

Skóra, płuca i skrzela
Różne zwierzęta oddychają w różny sposób. Gatun­ki o małych rozmiarach ciała dokonują wymiany gazowej bezpośrednio przez tkanki ciała. Większe zwierzęta wodne oddychają skrzelami. Owady posiadają sieć kanalików, które rozchodzą się we­wnątrz ich ciał, tak zwane tchawki. Gady, ptaki i ssaki dokonują wymiany gazowej za pomocą płuc, które mają postać wewnętrznych worków, poprze­dzielanych licznymi przegrodami.
Bardzo małe zwierzęta oddychają całą po­wierzchnią ciała. U organizmów jednokomórko­wych i prostych wielokomórkowców, takich jak gąbki, jamochłony i płazińce, tlen oraz dwutlenek węgla mogą w drodze dyfuzji z łatwością dostawać się do każdej części ciała i wydostawać się z niej.
Dyfuzja przez powłoki ciała może być także wystarczającym sposobem wymiany gazowej w przypadku większych zwierząt, które mają pła­ski kształt ciała. Muszą być one jednak tak płaskie, aby żadna z ich komórek nie była oddalona od powierzchni zewnętrznej bardziej niż o 0,5 mm. Zwierzęta posiadające układy krążenia mogą doko­nywać wymiany gazowej w drodze dyfuzji gazów pomiędzy powłokami, a wnętrzem ciała.
Dżdżownice, na przykład, są w stanie pobierać cały potrzebny im tlen wyłącznie przez naskórek. Bezkręgowce te posiadają w powłokach swego ciała sieć drobniutkich naczyń krwionośnych (na­czyń włosowatych), które są rozmieszczone tuż pod powierzchnią naskórka. Od środowiska ze­wnętrznego oddziela je tylko jedna warstwa komó­rek. W tej właśnie warstwie odbywa się proces od­dychania: dwutlenek węgla z naczyń krwionośnych wydalany jest na zewnątrz, a tlen pobierany z oto­czenia. Krew przenosząca tlen jest rozprowadzana przez układ krążenia do komórek we wnętrzu ciała. Gdy natlenowana krew przepływa w pobliżu komó­rek, które potrzebują tlenu, gaz w drodze dyfuzji przedostaje się do ich wnętrza. Wytworzony w ko­mórkach dwutlenek węgla przenika do krwi. Krew powraca do naczyń włosowatych w powłokach ciała i proces zaczyna się od nowa.

Oddychanie w wodzie
Większe zwierzęta wodne, takie jak na przykład ryby, pobierają tlen z wody za pomocą skrzeli. Ponieważ w wodzie znajduje się 95 procent tlenu mniej niż w powietrzu, skrzela muszą być szczegól­nie wydajne. Przybierają one rozmaite kształty -u rozgwiazdy wyglądają jak drobniutkie guzki, u ryb układają się warstwowo. Niektóre wodne sa­lamandry , takie jak aksolotl i odmieniec amerykań­ski, posiadają zewnętrzne skrzela, które wygląda­ją jak odstające, czerwone kępki puchu. Skorupiaki, takie jak na przykład homary, mają skrzela scho­wane pod pancerzem.
U niektórych zwierząt skrzela występują tylko w pewnych stadiach rozwoju. Żaby na przykład w cyklu życiowym przechodzą przez stadium lar­wy, zwanej kijanką prowadzącej wodny tryb życia. Kijanki pobierają tlen przez skórę i skrzelami, przeobrażając się w postać dojrzałą, tracą skrzela i wykształcają płuca.
Każdy układ skrzeli wymaga, aby otaczająca je woda była w ciągłym ruchu. U zwierząt ze skrzela­mi zewnętrznymi każdy ruch zwierzęcia sprawia, że do skrzeli napływa świeża porcja wody. Zwie­rzęta posiadające skrzela wewnętrzne musiały wy­kształcić jakiś sposób, dzięki któremu woda z tle­nem może dostawać się w pobliże skrzeli. Homary, raki i kraby wywołują ruch wody w kierunku skrze­li za pomocą płetwowatych odnóży.
U ryb skrzela są ułożone rzędami tuż za głową. Łączą się one z jamą gębową, a przepływająca przez nie woda wypływa szczelinami skrzelowy-mi. Wystarczy, aby płynąca ryba otworzyła otwór gębowy, a świeża woda zacznie obmywać skrzela. Większość ryb może dokonywać wentylacji skrze­li wykonując ruchy „oddechowe" pokrywami skrzelowymi. Ryba, zamykając szczeliny skrzelowe i otwierając otwór gębowy, wciąga do paszczy wodę, a następnie zamyka otwór gębowy i otwie­ra pokrywy skrzelowe. W ten sposób wymusza przepływ wody przez skrzela.
Na powietrzu skrzela jako narządy wymiany ga­zowej są praktycznie bezużyteczne. Bez wody de­likatne płatki skrzelowe zapadają się i wysychają.
Chociaż w powietrzu jest o wiele więcej tlenu niż w wodzie, ryby nie są zdolne do wywołania takiej cyrkulacji powietrza, która pozwoliłaby im utrzy­mać się przy życiu.
Niektóre ryby mogą jednak przemieszczać się po lądzie między akwenami. Należą do nich na przykład długowąsy senegalskie (Clarias senegalensis), które przystosowały się do życia w warun­kach niedoboru tlenu. Długowąsy posiadają tzw. narząd nadskrzelowy, którego jama jest wyścielo­na błoną. Znajdują się w niej bardzo liczne naczy­nia włosowate i tam, podczas przemieszczania się ryby po lądzie, dokonuje się wymiana gazowa.

Owady
Owady, tak jak wszystkie zwierzęta lądowe, po­bierają tlen z powietrza. W porównaniu ze środo­wiskiem wodnym, oddychanie na lądzie ma swoje zalety. Powietrze jest o wiele lżejsze niż woda i o wiele łatwiej przemieszcza się, tak więc wen­tylacja wymaga mniejszego wysiłku. W powietrzu jest 20 razy więcej wolnego tlenu niż w wodzie, toteż narządy oddechowe zwierząt lądowych nie muszą być tak sprawne, jak narządy oddechowe zwierząt wodnych. Zwierzęta oddychające tlenem atmosferycznym muszą jednak utrzymywać swe narządy wymiany gazowej w stanie wilgotnym, gdyż utrata wody wskutek parowania może dopro­wadzić do ich wyschnięcia i w efekcie, do śmier­ci zwierzęcia. Układy oddechowe owadów są zbu­dowane zupełnie inaczej niż u zwierząt lądowych.
W ich ciałach znajduje się gęsta sieć małych, sztywnych, wypełnionych gazem rureczek, które są nazywane tchawkami. Powietrze dostaje się do tchawek małymi otworkami, zwanymi przetchlin-kami. Przetchlinki są często wyścielone drobniut­kimi włoskami, co zapobiega dostawaniu się do tchawek cząsteczek kurzu.
W tchawkach nie dokonuje się wymiana gazo­wa. Są one jedynie drogą transportu powietrza do coraz to mniejszych i delikatniejszych kanalików -tracheoli. Wilgotne ściany tracheoli stanowią jedyne powierzchnie wymiany gazowej w ciele owada. Tak zbudowany układ tchawkowy pozwa­la ograniczyć do minimum ilość wody traconej w wyniku parowania.
W jaki sposób świeże powietrze dostaje się do wnętrza tchawek? U małych owadów dzieje się to dzięki prostej dyfuzji gazowej przez przetchlinki. Większe owady mają w swych odwłokach worki powietrzne. Wyścielone są one mięśniami, mogą zwiększać lub zmniejszać swą objętość. Dzięki skurczom mięśni, wciągają do tchawek powietrze.

Owady pod wodą
Większość gatunków owadów żyje na lądzie, jed­nak niektóre gatunki wykształciły sposoby oddy­chania, które pozwalają im żyć pod wodą. Larwa komara żyje tuż pod powierzchnią wody. Kiedy reszta ciała jest zanurzona w wodzie, umiejscowio­na na samym końcu ciała przetchlinka wystaje nad powierzchnię i dzięki temu powietrze może dosta­wać się do wnętrza ciała larwy. Larwy ważek także zaczynają swe życie pod wodą; są one wyposażo­ne w skrzela, które znajdują się na końcu tchawek. Tego rodzaju narządy nazywane są skrzelotchaw-kami. Nurkujące chrząszcze wykształciły nie­zwykłą metodę oddychania pod wodą. Przed zanu­rzeniem się chwytają porcję powietrza pod skrzydła i gdy są pod wodą, korzystają z zabranego zapasu, napełniając nim tchawki.
Pająki oddychają tchawkami i płucotchawkami. Płucotchawki to dwa worki umiejscowione po brzusznej stronie odwłoka. Wewnątrz tych organów znajdują się liczne fałdy, czyli listki, ułożone jak strony w książce. Przestrzenie między nimi wypeł­nione są powietrzem. Pozbawiona tlenu krew jest pobudzona do ruchu skurczami serca i przepływa­jąc przez listki, zostaje natlenowana.
Niektóre pająki mają tylko jedną parę płucotchawek, inne gatunki dwie pary. Powierzchnia płucotchawek jest duża i zwierzę może tracić przez nie dużo wody wskutek parowania. Dlatego, aby zaoszczędzić wodę, u pajęczaków druga para płucotchawek jest przekształcona w tchawki, takie jak u owadów. Tchawki transportują tlen bezpo­średnio do worków płucnych. U niektórych małych pająków cechujących się wysokim poziomem prze­miany materii wszystkie płucotchawki przekształ­ciły się w tchawki.

Płuca
Gady, ptaki, ssaki i niektóre płazy dokonują wymia­ny gazowej z otoczeniem za pomocą płuc. W prze­ciwieństwie do tchawek i tracheoli, które dociera­ją do każdego zakątka organizmu owada, płuca zajmują określone położenie we wnętrzu ciała krę­gowca, a rozprowadzaniem gazów po ciele zajmuje się układ krążenia.
Płuca są zlokalizowane w okolicy piersiowej. Powietrze wdychane jest przez nos lub przez jamę gębową, następnie przechodzi przez sztywną rurę (tchawicę), która wzmocniona jest chrzestnymi pierścieniami, co zabezpiecza przed zapadnięciem się przewodu i utratą drożności. W dalszej części tchawica rozdziela się na dwa oskrzela główne -przewody prowadzące do każdego płuca, a oskrze­la dzielą się na wiele coraz to mniejszych kanali­ków zwanych oskrzelikami.
Najmniejsze oskrzeliki kończą się pęczkami drobniutkich woreczków powietrznych nazywa­nych pęcherzykami płucnymi, które są utrzymane w stanie wilgotnym dzięki płynnym wydzielinom. Pęcherzyki płucne są otoczone siecią drobniutkich naczyń włosowatych, które doprowadzają odtlenowaną krew do płuc. Tlen z pęcherzyków płuc­nych przenika do krwi w drodze dyfuzji. W tym samym czasie z krwi do wnętrza pęcherzyków płucnych przenika dwutlenek węgla. Natlenowana krew jest następnie rozprowadzana naczyniami krwionośnymi do komórek ciała. W przeciwień­stwie do zwierząt skrzelodysznych, u których woda stale przepływa przez skrzela, zwierzęta posiada­jące płuca nie muszą bez przerwy wentylować swo­ich powierzchni oddechowych. W powietrzu jest tak dużo tlenu, że zwierzęta płucodyszne mogą pozwolić sobie na wentylację przemienną -naprzód nabieranie powietrza z tlenem, a później wydalanie powietrza z dwutlenkiem węgla.
W jaki sposób powietrze dostaje się do płuc? U ssaków istnieje specjalny mięsień - przepona, która oddziela klatkę piersiową od jamy brzusznej. Kiedy włókna mięśniowe przepony kurczą się, przepona obniża się, a mięśnie międzyżebrowe unoszą klatkę piersiową ku górze. Połączone dzia­łanie tych mięśni sprawia, że płuca rozszerzają się i powietrze dostaje się do ich wnętrza. Zużyte po­wietrze jest usuwane z płuc, gdy mięśnie rozkur­czają się i objętość klatki piersiowej zmniejsza się. Ten rodzaj oddychania, kiedy powietrze jest zasy­sane do płuc wskutek powiększenia się objętości klatki piersiowej, jest nazywany oddychaniem pod­ciśnieniowym. Gady nie posiadają przepony. Na­pełniają one płuca świeżym powietrzem, zwiększa­jąc po prostu objętość klatki piersiowej.
Jeszcze inaczej napełniają swe płuca płazy. Tuż przed wydechem dno jamy gębowej obniża się, a powietrze zostaje wciągnięte przez nozdrza do powstałej w ten sposób przestrzeni. Następnie noz­drza otwierają się i następuje wydech powietrza zużytego z płuc. Po tym nozdrza zamykają się, dno jamy gębowej unosi się i wpycha świeże powie­trze do płuc. Ten rodzaj oddychania jest nazywa­ny oddychaniem nadciśnieniowym. Sądzi się, że wykształcił się on z ruchów, jakimi ryby napełnia­ły jamę gębową świeżą wodą, która obmywa skrze­la. Oddychanie podciśnieniowe u kręgowców wykształciło się później i jest ono dużo bardziej wydajnym sposobem wymiany gazowej.
Przodkami płazów były zapewne płucodyszne ryby trzonopłetwe. Większość płazów ma bardzo prosto zbudowane płuca o stosunkowo małej powierzchni oddechowej, gdyż kręgowce te mogą pobierać duże ilości tlenu przez skórę. Ilość gazów wymienianych przez płuca u płaza jest zależna od trybu życia. Wodne traszki, które większość czasu spędzają pod wodą, pobierają 75 procent tlenu przez skórę, a 25 procent przez płuca. U rzekotki drzewnej, żyjącej głównie na lądzie, jest odwrotnie. Salamandry bezpłucne nie posiadają płuc i mogą oddychać tylko przez skórę. Żeby ich skóra była cały czas wilgotna, co umożliwia dyfuzję gazów, płazy te chowają się w podmokłych miejscach, z których wychodzą żerować tylko podczas opa­dów deszczu.
Gady są potomkami płazów i powstały około 360 milionów lat temu. W przeciwieństwie do swych przodków, oddychają prawie wyłącznie płu­cami. Płuca gadów mają bardziej złożoną budowę niż płuca płazów. Większa powierzchnia oddecho­wa płuc pozwoliła gadom żyć na lądzie i unieza­leżnić się od wody, gdyż kręgowce te nie potrze­bowały już dłużej utrzymywać skóry w stanie wilgotnym, aby przez nią oddychać.
Około 250 milionów lat temu z gadów wyewo­luowały ssaki. Wewnętrzna powierzchnia płuc ssa­ków stała się jeszcze bardziej skomplikowana, co zapewniło lepszą wydajność wymiany gazowej. Stałocieplne ssaki potrzebują o wiele więcej ener­gii niż zmiennocieplne gady, a to wymusza zwięk­szone zużycie tlenu. Miliony drobniutkich pę­cherzyków w płucach ssaków tworzą wielką powierzchnię oddechową, zdolną do pochłaniania ogromnych ilości tlenu.

Ptaki
Ptaki posiadają płuca i worki powietrzne, w któ­rych magazynowane jest powietrze. Dzięki tak zbu­dowanemu układowi oddechowemu mają do dys­pozycji większą ilość tlenu, co ma znaczenie podczas lotu. Parzyste płuca są dość małe, jednak połączone są z workami powietrznymi, których może być dziewięć lub więcej. Worki te zachowują się jak balony: są nie tylko magazynem powietrza, ale także obniżają ciężar właściwy zwierzęcia.
Kiedy ptak wykonuje wdech, powietrze prze­pływa z jamy nosowej przez tchawicę jednym stru­mieniem do płuc, a drugim do worków tylnych. Następnie pozbawione tlenu powietrze z płuc do­staje się do worków przednich, a płuca są wypełnia­ne porcją powietrza z worków tylnych. Równo­cześnie następuje wydech, a po nim kolejny wdech. Dzięki takiemu mechanizmowi oddychania świe­że powietrze płynie nieustannie przez płuca ptaka zarówno podczas wdechu, jak i wydechu.

PRZYSTOSOWANIA DO BRAKU TLENU
Ludzie wędrujący po wysokich górach często przez pierwsze dni pobytu w no­wym środowisku bardzo szybko się męczą i brakuje im tchu. Mogą mieć też nudności. Jest to spowodowane rozrzedzeniem powietrza na dużych wysokościach.
Organizm szybko przystosowuje się do nowych warunków tlenowych; Zwiększa się liczba czerwonych ciałek krwi, co po­woduje zwiększenie ilości hemoglobiny i większą zdolność do transportu tlenu. Zwiększa się także tempo oddychania i liczba skurczów serca. Zmiany te nie ma­ją charakteru stałego. Organizm wkrótce znowu zaczyna funkcjonować normalnie.
Jednakże zdolności organizmów tych ludzi, którzy urodzili się w górach i stale tam mieszkają, są inne. Na przykład India­nie Quechua, którzy żyją wysoko w An­dach, mają większe serca i płuca niż prze­ciętnie. Jest to więc stałe przystosowanie do życia w tym środowisku.
Walenie i inne ssaki morskie wykształ­ciły przystosowania pozwalające im prze­trwać długie okresy pomiędzy kolejnymi oddechami. Gdy nurkują głęboko w morzu, liczba uderzeń serca zmniejsza się, a krew z różnych rejonów ciała jest kierowana do mięśnia sercowego, mięśni szkieletowych i mózgu. W dodatku mięśnie szkieletowe tych ssaków rnogą pracować przez pe­wien czas bez tlenu, gdyż zmagazynowany glikogen jest rozkładany do kwasu mle­kowego. Gdy morski ssak wynurza się, nie oznacza to, że brakuje mu tlenu, lecz jest to znak, że poziom cukru we krwi zwie­rzęcia osiągnął niski poziom.

Podobne prace

Do góry