Oddychanie zwierząt

Oddychanie, zwane również respiracją, w mowie potocznej jest stosowane wymiennie z pojęciem wymiany gazowej. Czy istnieje jakakolwiek różnica? Każdy wdech tlenu i wydech dwutlenku węgla jest aktem właśnie tej ostatniej. Natomiast oddychanie w ściśle biologicznym znaczeniu odbywa się na płaszczyźnie każdej pojedynczej komórki.

Najbardziej pierwotnym sposobem wymiany gazowej jest przeprowadzanie jej całą powierzchnią ciała. Czynią tak jednokomórkowe pierwotniaki, gąbki, parzydełkowce, płazińce i obleńce, oraz pierścienice.

Dla żyjącej w glebie dżdżownicy ziemnej śmiertelnym zagrożeniem jest siarkowodór. Gaz ten przenikający glebę w czasie opadów deszczu skłania dżdżownice do opuszczania swych podziemnych kryjówek. Nie wszystkie pierścienice oddychają całą powierzchnią ciała. Wyjątek stanowią wieloszczety (np. serpula, lanica, pospolita w Bałtyku nereida etc.). Wykształciły one skrzela, mające postać barwnych, pierzastych wyrostków. Posiadają je wieloszczety osiadłe – serpule, lanice co jakiś czas stroszą owe ,,pióropusze’’ spoza wapiennych rurek okrywających miękkie ciała. U wieloszczetów wolno żyjących (np. nereida) organy wymiany gazowej nie przybierają widowiskowych barw i kształtów.

Małe skorupiaki wchodzące w skład planktonu (np. dafnie, kiełże, ośliczki, zabarwnice, oczliki) oddychają całą powierzchnią ciała. Natomiast większe od nich – kraby, raki, homary, langusty, racznice – posiadają skrzela chronione mocnym pancerzem tak jak całe ciało. Dzięki temu niektóre z nich (kraby) mogą długo przebywać poza wodą, a w ich skrzelom nie zagraża wysuszenie i sklejenie z jego powodu. Do rekordzistów należą tu: kraby z Wyspy Bożego Narodzenia, żyjące w lasach, które jedynie w porze rozmnażania wchodzą do wody i rabusie kokosowe, które tak dalece przystosowały się do życia w środowisku lądowym, że na większych głębokościach … toną. Przebywanie na lądzie daje krabom możliwość poszukiwania pokarmu, a także ma znaczenie higieniczne, bowiem poza wodą , wysuszone promieniami Słońca giną organizmy osiadłe (np. glony, pąkla, etc.) pokrywające pancerze krabów i utrudniające im poruszanie się.

W celach wymiany gazowej owady korzystają z tchawek. Są one systemem rozmieszczonych na całym ciele (cienkie ,,żyłki’’ na skrzydłach, dobrze widoczne min. u muchy to właśnie tchawki) rurek zaopatrujących komórki w tlen. Co ciekawsze w tchawkach nie płynie ani jedna kropla krwi, przenoszącej tlen u innych, młodszych zwierząt. Owady mają co prawda otwarty układ krwionośny, ale ich tzw. hemolimfa (substancja pełniąca funkcję zarówno krwi jak i limfy) przenosi wyłącznie substancje pokarmowe, zaś transport tlenu odbywa się wyłącznie poprzez tchawki. Duże owady (np. motyle, żądłówki, ważki) wymianę gazową usprawniają ruchami odwłoka. Chemiczne preparaty wykorzystywane do ich tępienia zatykają tchawki powodując śmierć przez uduszenie.

Pajęczaki posługują się płucotchawkami, najczęściej usytuowanymi na odwłoku (smarowanie kleszcza masłem ma na celu zatkanie jego przetchlinek). Przetchlinki są otworami, przez które powietrze dostaje się do wnętrza płucotchawek. Ten ostatni narząd wygląda jak stos blaszek wypełnionych krwią. Między ,,blaszkami’’ są odstępy, w których krąży powietrze. Korzystający z płucotchawek pająk topik, który żyje w środowisku wodnym, buduje dzwon nurkowy, w którym gromadzi zapas tlenu atmosferycznego. Buduje go z banieczek powietrza transportowanego między ,,włoskami’’ na odwłoku. 

Narząd wymiany gazowej mięczaków jest uzależniony od środowiska życia. Na lądzie wykorzystywane są płuca, zaś w środowisku wodnym skrzela. Wśród ślimaków, zwierzęta skrzelodyszne dzielimy na : tyłoskrzelne i przodoskrzelne. Ślimaki tyłoskrzelne żyją wyłącznie w morzach i oceanach. W Bałtyku reprezentuje je alderia. Skrzelami oddychają też głowonogi, małże, chitony i jednotarczowce. Łódkonogi nie potrzebują narządów wymiany gazowej bowiem oddychają całą powierzchnią ciała.

Wśród kręgowców skrzela są domeną ryb i kragłoustych. Umożliwiają oddychanie tlenem rozpuszczonym w wodzie (zaobserwowano jak ryba udusiła się w akwarium gdy uniemożliwiono przenikanie do niego tlenu z atmosfery). Silnie ukrwione skrzela są usytuowane za oczami. Wśród ssaków ich reliktem są zatoki w czaszce. Z powodu swojego położenia, w tradycji muzułmańskiej skrzela nazywane są ,,śladami noża Proroka’’ co zwalnia ryby od rytualnego podcięcia gardła. Wiele ryb wspomaga ich pracę powtarzającymi się co chwila ruchami pyszczka. Skrzela pozbawione kontaktu z wodą sklejają się i nie mogą sprawnie funkcjonować co owocuje zgonem zwierzęcia. To wiemy wszyscy. Istnieją jednak ryby przystosowane do życia poza akwenem. Słynne są tu ryby dwudyszne, owe węgorze elektryczne, rogozęby, czy prapłaźce, które oprócz skrzeli mają też płuca. Sumiki kiryski magazynują tlen w jelitach, podobnie jak nasze piskorze. Te ostatnie choć nie pełzają po lądzie, jak sumiki kiryski, w czasie suszy zagrzebują się w dennym mule, oczekując napełnienia się akwenu wodą. Gromadzony w jelitach tlen pobierają w atmosfery, zaś już niepotrzebny jest usuwany z organizmu, czemu towarzyszy dźwięk przypominający pisk, co zaważyło na nazwie ryby. Dawniej uważano, że skoczki mułowe oddychają … ogonem ponieważ kiedy przebywają na powierzchni ich ogony często pozostają zanurzone. W rzeczywistości skoczki mułowe oddychają tlenem zawartym w jelitach i w dużej mierze także przez skórę.

Respiracja za pomocą powłoki skórnej wśród kręgowców znamionuje płazy. Należące do nich salamandry bezpłucne z Ameryki Południowej są tu rekordzistkami – w wymianie gazowej nie potrzebują płuc! Larwy płazów (kijanki) oddychają skrzelami (relikt pochodzenia płazów od ryb), zaś dorosłe (oczywiście oprócz pokrytej śluzem skóry) korzystają z płuc wspomaganych (a często zastępowanych!) ruchami ogromnej jamy gębowej – powiększenie głowy jest właśnie przystosowaniem do respiracji lądowej. Wdech odbywa się wciągnięciem powietrza przez nozdrza, a wydech – prostym otwarciem pyska. Platana w Afryce i żaba marmurkowa z jeziora Titicaca nie muszą nawet wynurzać się na powierzchnię, aby zaczerpnąć powietrza jak inne czworonogi (płazy, gady, ptaki i ssaki).

Pokryte grubą, łuskowatą skórą gady nie mogą już polegać na wymianie gazowej przez skórę tak jak to czynią płazy. Wdech i wydech kontrolują skurcze i rozkurcze klatki piersiowej (nieobecnej u większości płazów), którą tworzą żebra połączone mostkiem (obecne nawet u węży, u żółwi charakterystyczna skorupa jest utworzona właśnie przez przekształcone żebra), zaś decydującą rolę odgrywają tu mięśnie międzyżebrowe. Potomkowie gadów; ptaki i ssaki odziedziczyły po swoich przodkach tę budowę układu oddechowego. Powierzchnię oddechową płuc gadów zwiększa obecność licznych fałd. Dodać należy, że większość węży ma tylko jedno płuco w przeciwieństwie do pozostałych gadów.

Gąbczaste płuca ptaków posiadają oskrzeliki – system drobnych rurek, obecnych też u ssaków, oraz parzyste worki powietrzne. U nurkujących z dużej wysokości pelikanów brunatnych pełnią funkcję amortyzatorów podczas zderzenia z wodą, ale ich uniwersalne zadanie polega na usprawnieniu oddychania. Dzięki workom powietrznym w płucach ptasich nigdy nie brakuje tlenu czy to w czasie wdechu, czy wydechu. Worki powietrzne najintensywniej pracują podczas lotu.

Respiracja ssaków zaczyna się w jamie nosowej wyścielanej nabłonkiem, gdzie powietrze jest ogrzewane (dlatego należy oddychać nosem, a nie ustami), następnie przez krtań (szczególnie dużą u orangutanów i gibonów, którym pomaga w wydawaniu głośnych dźwięków), tchawicę i oskrzela. Parzyste płuca są podobnie jak u ptaków zbudowane z oskrzelików, jednak ewenementem jest obecność ogromnych ilości malutkich i cienkościennych pęcherzyków płucnych, które zwiększają powierzchnię oddechową. U człowieka, rozłożywszy pęcherzyki płucne, można by zakryć nimi cały kort tenisowy! Jedynie ssaki wykształciły przeponę – mięsień sprawnie napowietrzający płuca. W przeciwieństwie do innych ssaków, walenie mają nozdrza usytuowane na czubku głowy co ułatwia im pobieranie tlenu atmosferycznego w czasie wynurzania się z wody. W czasie wydechu para wodna wydostaje się przez nozdrza tworząc charakterystyczne ,,fontanny’’. Na podstawie ich wyglądu można zidentyfikować poszczególne gatunki waleni np. płetwal błękitny wypuszcza wznoszącą się pionowo wysoką fontannę, tak samo wal biskajski, wyrzucający jednak mniejszy strumień pary z organizmu. Długopłetwiec wypuszcza dwie fontanny na obie strony, zaś kaszalot – bocznie nachyloną fontannę, bowiem jego nozdrza są usytuowane jak u ssaków lądowych. Wiąże się to z jego wędrówkami w głąb oceanów.

Człowiek jest jedynym ssakiem mogącym świadomie niszczyć swój układ oddechowy (np. paląc papierosy), a wraz z nim – cały organizm.