Respirația la diferite animale

Toate animalele au nevoie de oxigen pentru respirația celulară, dar îl iau în feluri diferite, după mediul în care trăiesc. Locul prin care trec gazele este suprafața respiratorie: subțire, umedă și, la majoritatea animalelor, bogat irigată cu sânge.

• Respirația cutanată, prin piele: râma, broasca (alături de plămâni). Pielea trebuie să rămână umedă, pentru ca oxigenul să se dizolve în ea.
• Respirația branhială, prin branhii: peștii, racii, mormolocii și melcii acvatici. Branhiile preiau oxigenul dizolvat în apă.
• Respirația traheală, prin trahei: insectele. Aerul intră prin orificii laterale ale corpului, numite stigme, și ajunge prin tuburi ramificate direct la celule.
• Respirația pulmonară, prin plămâni: amfibienii adulți, reptilele, păsările și mamiferele.

Mormolocul de broască respiră prin branhii, iar broasca adultă prin plămâni, piele și mucoasa gurii: metamorfoza schimbă și organul respirator. La majoritatea reptilelor aerul este ventilat prin mișcările coastelor.

Păsările au plămâni mici, legați de mai mulți saci aerieni (nouă la majoritatea). Sacii aerieni fac aerul să circule prin plămân și ușurează corpul, dar schimbul de gaze are loc numai în plămâni. Mamiferele au plămâni cu alveole și un mușchi special, diafragma.

Exemplu rezolvat: stabilește tipul de respirație. Pentru fiecare animal întrebăm: în ce mediu trăiește, ce organ folosește și de ce.

1. Crapul: trăiește în apă. Apa intră pe gură și trece peste branhii, iar oxigenul dizolvat trece în sânge: respirație branhială.
2. Râma: trăiește în sol umed, nu are nici branhii, nici plămâni. Gazele trec prin pielea subțire, acoperită de mucus: respirație cutanată. După o ploaie puternică galeriile se umplu cu apă și au puțin oxigen, de aceea râmele ies la suprafață.
3. Albina: aerul intră prin stigme și circulă prin trahei până la celule: respirație traheală.
4. Delfinul: trăiește în apă, dar este mamifer. Are plămâni și iese periodic la suprafață să inspire aer prin orificiul respirator: respirație pulmonară, nu branhială.

Suprafața respiratorie trebuie să fie subțire, umedă, mare și în contact cu un mediu bogat în oxigen. Apa conține de aproximativ 30 de ori mai puțin oxigen decât aerul (aproximativ 7 ml/L față de 210 ml/L), de aceea peștii ventilează volume mari de apă. La pești, lamelele branhiale măresc suprafața, iar apa circulă prin contracurent față de sânge: gradientul se menține pe toată lungimea lamelei și peștele extrage până la 80% din oxigen, față de cel mult 50% într-un flux în același sens. Sistemul traheal al insectelor are 10 perechi de stigme (2 toracice, 8 abdominale), iar aerul este împins prin mișcările abdomenului. Amfibienii adulți au plămâni simpli, fără coaste și diafragmă; aerul este pompat în ei prin mișcările planșeului bucal, iar în hibernare, în mâl, broasca respiră numai prin piele. Reptilele au plămâni cu pereți cutați, care măresc suprafața, iar pielea lor cornoasă, impermeabilă, nu mai participă la schimbul de gaze. Păsările au un plămân rigid și mici tuburi, parabronhiile, prin care aerul circulă într-un singur sens, atât la inspirație, cât și la expirație; sacii aerieni anteriori și posteriori funcționează ca un burduf. O porție de aer parcurge sacii posteriori, plămânul și sacii anteriori în două cicluri respiratorii, deci prin plămân trece aer proaspăt atât la inspirație, cât și la expirație; schimbul de gaze rămâne eficient chiar și la altitudini mari.

Exemplu rezolvat 1: cât de multă apă filtrează un pește? Un pește are nevoie de 100 ml de oxigen. Apa conține 7 ml ${\mathrm{O}}_2$/L.

1. Cu un flux în același sens (extracție 50%): $100/(7\cdot 0,5)\approx 28,6$ L de apă.
2. Cu un flux în contracurent (extracție 80%): $100/(7\cdot 0,8)\approx 17,9$ L de apă.
3. Contracurentul economisește aproape 11 L de apă ventilată. Un mamifer, care extrage aproximativ 25% din oxigenul unui aer cu 210 ml/L, ar avea nevoie de $100/(210\cdot 0,25)\approx 1,9$ L de aer.

Exemplu rezolvat 2: petrolul pe apă și larvele de țânțar. Larvele de țânțar stau cu capătul abdomenului la suprafața apei și respiră prin tub.

1. Ele nu au branhii; tubul respirator are stigme care se deschid în aer, la suprafață.
2. Un strat de petrol sau ulei de pe apă acoperă stigmele și închide tubul respirator.
3. Aerul nu mai ajunge în trahei, iar larvele mor prin asfixiere; din acest motiv petrolul se folosește uneori împotriva țânțarilor.

Greșeli frecvente

• Greșit: Toate animalele au plămâni.
  Corect: Există branhii, trahei și schimburi prin piele.
• Greșit: Insectele transportă majoritatea oxigenului prin sânge ca mamiferele.
  Corect: Sistemul traheal duce aerul direct spre țesuturi.
• Greșit: Numai peștii au branhii.
  Corect: Au branhii și racii, moluștele acvatice și larvele amfibienilor.
• Greșit: Broasca adultă respiră numai prin piele.
  Corect: Respiră prin plămâni, prin piele și prin mucoasa bucală.

Înainte și după