Czy wiesz, co to jest wymiana gazowa? To zastępowanie zbędnego dwutlenku węgla, który jest produktem ubocznym oddychania komórkowego (spalania glukozy w komórce), tlenem potrzebnym do przeprowadzenia tego procesu. Małe organizmy przeprowadzają wymianę gazową całą powierzchnią swojego ciała. Te większe, potrzebujące więcej tlenu, mają specjalne narządy wymiany gazowej. Narządy zwierząt żyjących w wodzie są odmienne od narządów zwierząt żyjących na lądzie. Opowiem Ci dziś o narządach wymiany gazowej kręgowców.
U kręgowców, w zależności od środowiska życia, narządami wymiany gazowej (potocznie można powiedzieć narządami oddechowymi) są skrzela lub płuca. Skrzela służą do oddychania tlenem rozpuszczonym w wodzie, płuca do oddychania tlenem z powietrza.
Ryby
Narządem wymiany gazowej u ryb są skrzela. Są zbudowane z osadzonych na łuku skrzelowym licznych pofałdowań błony śluzowej, zwanych listkami i blaszkami skrzelowymi. Kiedy ryba otwiera otwór gębowy, powstaje siła ssąca i woda wnika do przedniej części przewodu pokarmowego. Podczas zamykania jamy gębowej woda jest wypychana przez tzw. szpary skrzelowe. Po drodze obmywa silnie unaczynione skrzela i wtedy następuje wymiana gazowa – z wody do krwi płynącej w naczyniach krwionośnych przenika tlen, a z krwi do wody zbędny dwutlenek węgla. Wymiana gazowa u ryb to najefektywniejsza wymiana gazowa jaka zachodzi u zwierząt wodnych.
Płazy
Narządem wymiany gazowej u płazów są workowate płuca oraz wilgotna skóra. Płuca wykształciły się jako przystosowanie do życia w środowisku lądowym. Są silnie unaczynionymi prostymi workami o lekko pofałdowanej powierzchni wewnętrznej. Powietrze z tlenem dostaje się do płuc drogami oddechowymi, podczas kontaktu z naczyniami krwionośnymi na wewnętrznej ścianie płuc oddaje tlen i zabiera dwutlenek węgla, który następnie tymi samym drogami oddechowymi jest usuwany na zewnątrz. Ze względu na prostą, workowatą budowę powierzchnia wymiany gazowej w płucach płazów jest niewielka, dlatego wymiana gazowa przez płuca nie zaspokaja zapotrzebowania płazów na tlen. Głównym narządem wymiany gazowej jest mocno unaczyniona, cienka i stale wilgotna, bo pokryta śluzem, skóra. A także błona śluzowa jamy gębowej.
Co ciekawe, larwy płazów oddychają za pomocą skrzeli. To dlatego, że żyją w środowisku wodnym. Skrzela larw płazów mogą być zewnętrzne – wtedy mają postać pierzastych wyrostków, lub wewnętrzne – umieszczone w komorach skrzelowych.
Gady
Gady mają płuca gąbczaste, co oznacza, że przestrzeń wewnątrz worków wypełniona jest pofałdowaniami przypominającymi gąbkę. To znacznie zwiększa powierzchnię wymiany gazowej. Gady nie prowadzą wymiany gazowej przez skórę, bo jest ona sucha, gruba i zrogowaciała. Dlatego też ich płuca muszą być wystarczająco wydajne. W osiągnięciu tej wydajności pomaga płazom obecność klatki piersiowej, dzięki której płuca mogą zmieniać swoją objętość.
Ptaki
Ptaki mają najbardziej wydajny narząd oddechowy ze wszystkich kręgowców. Zawdzięczają to nie tylko specyficznej budowie płuc, ale też sposobowi oddychania. Płuca ptaków są rurkowate, czyli zbudowane z plątaniny rureczek o bardzo małej średnicy, oplecionych maleńkimi naczynkami krwionośnymi. Dzięki takiej budowie powierzchnia wymiany gazowej u ptaków jest bardzo duża. Ale to nie wszystko, płuca ptaków są bowiem wyposażone w system worków powietrznych wspomagających oddychanie. I chociaż płuca ptaków nie zmieniają objętości podczas wdechu i wydechu, to dzięki obecności worków powietrznych porcja powietrza, jaka dociera do narządów wymiany gazowej ptaków jest imponująca. Worki powietrzne sprawiają, że świeże, zawierające tlen powietrze dociera do ptasich płuc zarówno podczas wdechu jaki i podczas wydechu. Ten mechanizm nazywa się podwójnym oddychaniem i zapewnia ptakom możliwość utrzymania wysokiego tempa przemian metabolicznych niezbędnego do latania i do utrzymania stałej temperatury ciała.
rys. facetkaodbiologii
Ssaki
Narządem wymiany gazowej ssaków są pęcherzykowate płuca. Podobnie jak u gadów, ptaków i ssaków prowadzą do nich drogi oddechowe. Pęcherzyki wiszą na rozgałęzionych drobniutkich oskrzelikach, jak winogrona na gałązkach. Ściany pęcherzyków są cieniutkie – zbudowane z jednej warstwy nabłonka i oplecione delikatną, ale gęstą, siateczką naczyń włosowatych. Powietrze dociera do wnętrza pęcherzyków i następuje wymiana gazowa – z krwi do pęcherzyka przenika dwutlenek węgla (jest usuwany na zewnątrz poprzez drogi oddechowe podczas wydechu), a do krwi z pęcherzyka przenika tlen (jest zanoszony przez krew do wszystkich komórek ciała). Ponieważ w skład płuc wchodzą miliony drobniutkich pęcherzyków, to powierzchnia wymiany gazowej jest ogromna. Mechanizm wdechu i wydechu jest wspomagany przez mięśnie klatki piersiowej i duży mięsień oddzielający klatkę piersiową od jamy brzusznej, zwany przeponą. Dzięki temu, podczas wdechu płuca zwiększają swoją objętość i zasysają powietrze, a podczas wydechu zmniejszają się i powietrze jest wypychane na zewnątrz.
Jako ciekawostkę dodam, że jedno płuco człowieka zawiera około 300 milionów pęcherzyków płucnych, pojedynczy pęcherzyk ma ćwierć milimetra średnicy, a łączna powierzchnia pęcherzyków to około 100 m2 – to pół kortu tenisowego!
Podsumowanie
Jak widzisz, kręgowce mają bardzo urozmaicone narządy wymiany gazowej. Zwróć uwagę, jak zmienia się ich budowa wraz ze stopniem rozwoju ewolucyjnego kręgowców i jak bardzo jest związana ze środowiskiem życia i trybem życia kręgowca. Te, które potrzebują dużej ilości tlenu, bo są stałocieplne i intensywnie się poruszają, mają bardziej wydajne narządy wymiany gazowej niż zmiennocieplne i prowadzące spokojny tryb życia. A może to odwrotna zależność – mają słabo rozwinięte narządy wymiany gazowej, bo lepszych nie potrzebują? Jak myślisz?
Facetka od biologii
