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.
