biologie pentru Majors II

Figura 1. Celula alga unicelulară Ventricularia ventriculosa este una dintre cele mai mari cunoscute, ajungând la un diametru de unu până la cinci centimetri. Ca toate organismele unicelulare, V. ventriculosa schimbă gaze prin membrana celulară.

toate organismele aerobe necesită oxigen pentru a-și îndeplini funcțiile metabolice. De-a lungul arborelui evolutiv, diferite organisme au conceput diferite mijloace de obținere a oxigenului din atmosfera înconjurătoare. Mediul în care trăiește animalul determină foarte mult modul în care un animal respiră. Complexitatea sistemului respirator este corelată cu dimensiunea organismului. Pe măsură ce mărimea animalelor crește, distanțele de difuzie cresc și raportul dintre suprafața și volumul scade. În organismele unicelulare, difuzia pe membrana celulară este suficientă pentru alimentarea cu oxigen a celulei (Figura 1).

difuzia este un proces de transport lent, pasiv. Pentru ca difuzia să fie un mijloc fezabil de a furniza oxigen celulei, rata de absorbție a oxigenului trebuie să se potrivească cu rata de difuzie pe membrană. Cu alte cuvinte, dacă celula ar fi foarte mare sau groasă, difuzia nu ar putea furniza oxigen suficient de repede în interiorul celulei. Prin urmare, dependența de difuzie ca mijloc de obținere a oxigenului și de îndepărtare a dioxidului de carbon rămâne fezabilă numai pentru organismele mici sau pentru cele cu corpuri foarte aplatizate, sucs cât mai multe viermi plate (Platyhelminthes). Organismele mai mari au trebuit să evolueze țesuturi respiratorii specializate, cum ar fi branhii, plămâni și pasaje respiratorii însoțite de un sistem circulator complex, pentru a transporta oxigenul în întregul lor corp.

difuzie directă

Figura 2. Procesul de respirație al acestui vierme plat funcționează prin difuzie pe membrana exterioară. (credit: Stephen Childs)

pentru organismele multicelulare mici, difuzia pe membrana exterioară este suficientă pentru a satisface nevoile lor de oxigen. Schimbul de gaze prin difuzie directă pe membranele de suprafață este eficient pentru organismele cu diametrul mai mic de 1 mm. În organismele simple, cum ar fi cnidarienii și viermii plați, fiecare celulă din corp este aproape de mediul extern. Celulele lor sunt menținute umede și gazele difuzează rapid prin difuzie directă. Viermii plane sunt viermi mici, literalmente plane, care” respiră ” prin difuzie pe membrana exterioară (Figura 2). Forma plată a acestor organisme mărește suprafața de difuzie, asigurându-se că fiecare celulă din corp este aproape de suprafața exterioară a membranei și are acces la oxigen. Dacă viermele plat ar avea un corp cilindric, atunci celulele din centru nu ar putea obține oxigen.

pielea și branhiile

râmele și amfibienii își folosesc pielea (integumentul) ca organ respirator. O rețea densă de capilare se află chiar sub piele și facilitează schimbul de gaze între mediul extern și sistemul circulator. Suprafața respiratorie trebuie menținută umedă pentru ca gazele să se dizolve și să difuzeze pe membranele celulare.

Figura 3. Acest crap comun, la fel ca multe alte organisme acvatice, are branhii care îi permit să obțină oxigen din apă. (credit: „Guitardude012” / Wikimedia Commons)

organismele care trăiesc în apă trebuie să obțină oxigen din apă. Oxigenul se dizolvă în apă, dar la o concentrație mai mică decât în atmosferă. Atmosfera are aproximativ 21% oxigen. În apă, concentrația de oxigen este mult mai mică decât cea. Peștii și multe alte organisme acvatice au evoluat branhii pentru a prelua oxigenul dizolvat din apă (Figura 3). Branhiile sunt filamente subțiri de țesut care sunt foarte ramificate și pliate. Când apa trece peste branhii, oxigenul dizolvat în apă difuzează rapid peste branhii în fluxul sanguin. Sistemul circulator poate transporta apoi sângele oxigenat în celelalte părți ale corpului. La animalele care conțin lichid celomic în loc de sânge, oxigenul difuzează pe suprafețele branhiale în fluidul celomic. Branhiile se găsesc în moluște, anelide și crustacee.

suprafețele pliate ale branhiilor oferă o suprafață mare pentru a se asigura că peștele primește suficient oxigen. Difuzia este un proces în care materialul se deplasează din regiuni de concentrație ridicată la concentrație scăzută până la atingerea echilibrului. În acest caz, sângele cu o concentrație scăzută de molecule de oxigen circulă prin branhii. Concentrația moleculelor de oxigen din apă este mai mare decât concentrația moleculelor de oxigen din branhii. Ca urmare, moleculele de oxigen difuzează din apă (concentrație mare) în sânge (concentrație scăzută), așa cum se arată în Figura 4. În mod similar, moleculele de dioxid de carbon din sânge difuzează din sânge (concentrație mare) în apă (concentrație scăzută).

Figura 4. Pe măsură ce apa curge peste branhii, oxigenul este transferat în sânge prin vene. (credit „pește”: modificarea lucrării de Duane Raver, NOAA)

sisteme traheale

Figura 5. Insectele efectuează respirația printr-un sistem traheal.

respirația insectelor este independentă de sistemul său circulator; prin urmare, sângele nu joacă un rol direct în transportul oxigenului. Insectele au un tip de sistem respirator foarte specializat numit sistemul traheal, care constă dintr-o rețea de tuburi mici care transportă oxigen către întregul corp. Sistemul traheal este cel mai direct și mai eficient sistem respirator la animalele active. Tuburile din sistemul traheal sunt fabricate dintr-un material polimeric numit chitină.

corpurile insectelor au deschideri, numite spiracole, de-a lungul toracelui și abdomenului. Aceste deschideri se conectează la rețeaua tubulară, permițând oxigenului să treacă în corp (figura 54) și reglând difuzia CO2 și a vaporilor de apă. Aerul intră și iese din sistemul traheal prin spiracole. Unele insecte pot ventila sistemul traheal cu mișcări ale corpului.

contribuie!

îmbunătățiți această paginăaflați mai multe