هر آنچه باید از تبادلات گازی در زیست بدانیم

دنیای جدید، دنیای اینترنت است که به عنوان منبعی برای همه و به ویژه دانش‌آموزان تبدیل شده است که با استفاده از آن هم می‌توانند پاسخ بسیاری از پرسش‌های خود را پیدا کنند و هم درس‌های خود را بهتر یاد بگیرند.

تحریریۀ مدرسه آنلاین تلاش می‌کند تا در این بخش اطلاعات به روز و مستندی را پیرامون موضوعات درسی تهیه و در اختیار کاربران فضای مجازی قرار دهد.

امروز بحث تنفس یا تبادلات گازی در درس زیست دهم  را با هم می‌خوانیم.

تنفس یا تبادلات گازی

تنفس یا تبادلات گازی یکی از مهم‌ترین مکانیسم‌های بدن موجودات زنده برای حفظ بقا است. منظور از گازهای تبادلی، دو گاز اکسیژن و دی‌اکسید کربن است که از متابولیسم‌های بدن حاصل می‌شوند و بین بدن موجود و محیط اطراف آن انتقال می‌یابند. این فرایند در موجودات مختلف براساس محل زندگی و ساختار بدن به شکل‌های متفاوتی انجام می‌گیرد.

انواع تبادلات گازی

مانند سایر مکانسیم‌های موجود در بدن تک‌سلولی‌ها و پرسلولی‌ها، مهره‌داران و بی‌مهرگان، تبادلات گازی از تنوع بالایی برخوردار است. تنفس در موجودات زنده به ۵ دسته تقسیم می‌شود.

تبادلات گازی از غشای پلاسمایی

تنفس نایدیسی

تنفس پوستی

تنفس آبششی

تنفس ششی

تبادلات گازی عرض غشایی

آمیب تک‌سلولی است که اندام تنفسی ندارد و تبادلات گازی آن از عرض غشای پلاسمایی انجام می‌شود. غشای نفوذپذیر این تک‌سلولی به گازها اجازه می‌دهد با انتشار ساده وارد سلول یا از آن خارج شوند. اکسیژن محلول در محیط آبی، به‌دلیل اختلاف غلظت وارد سیتوپلاسم می‌شود و متابولیسم کربوهیدرات‌ها، چربی‌ها و پروتئین‌ها را تسهیل می‌کند. انرژی آزاد شده از واکنش‌های اکسیداسیون در مولکول ATP ذخیره می‌شود و مواد زائد ازجمله دی‌اکسید کربن در سیتوپلاسم تجمع می‌یابند.

دی‌اکسید کربن همراه با آمونیوم حاصل از متابولیسم پروتئین‌ها از غشای سلولی به محیط آبی اطراف انتشار می‌یابد یا به‌وسیله واکوئل‌های انقباضی از سلول خارج می‌شود. تبادل گازی در آغازی پارامسی شبیه به آمیب است.

تبادلات گازی نایدیسی

به‌ دلیل این‌که زندگی در خشکی ممکن است باعث خشک شدن سطح تبادل گاز در حشرات شود، سیستم تبادل گازی این موجود به داخل بدن انتقال یافته است تا از این آسیب در امان بماند. این موجودات اکسیژن لازم را از هوا دریافت می‌کنند و دی‌اکسید کربن حاصل از متابولیسم بدن را به هوا پس می‌دهند.

ساختار سیستم تنفسی نایدیسی

این موجودات سیستم گردش خون بسته ندارند و برای تبادل گازها به انتشار وابسته هستند. سیستم تنفسی حشرات از ساختارهای لوله‌ای تشکیل شده است که با حلقه‌های محکم کیتینی باز نگه داشته می‌شوند. این شبکه لوله‌ای، نایدیس نام دارد و از بخش‌های زیر تشکیل می‌شود.

«نای‌ها» (Tracheae): لوله‌های اصلی این سیستم تنفسی هستند و نايژه‌ها از آن‌ها منشعب می‌شوند.

«نایژه‌ها» (Tracheoles): به‌دلیل این‌که حشرات سیستم گردش خون ندارند، نایژه‌ها باید در کنار سلول‌های مختلف قرار بگیرند تا تبادل گازها به‌وسیله انتشار انجام شود. در انتهای هر نایژه مایعی وجود دارد که تبادل گازها را تسهیل می‌کند.

«کیسه‌های هوا» (Air Sacs): این کیسه‌ها هوای اضافه را برای زمان لازم ذخیره می‌کنند. وجود این کیسه‌ها دو فایده برای حشره دارد.

در شرایط خشکی منافذ تنفسی بسته هستند و موجود از اکسیژن ذخیره شده در کیسه‌ها استفاده می‌کند.
در مواردی که حشره فعالیت بیشتری دارد، هوای ذخیره شده در این کیسه‌ها، اکسیژن لازم برای سوخت و ساز را فراهم می‌کند.

«منافذ تنفسی» (Spiracles): منافذ تنفسی با فضای بیرون از بدن حشرات در ارتباط هستند و باز و بسته شدن آن‌ها، میزان آب بدن را کنترل می‌کند. زمانی که موجود به آب زیادی نیاز دارد یا رطوبت هوا زیاد است این سوراخ‌ها باز می‌شوند و در رطوب کم عکس این اتفاق می‌افتد.

تهویه در حشرات به کمک باز و بسته شدن سوراخ‌های تنفسی و انقباض نای تنظیم می‌شود. انقباض نای هوا را از یک طرف وارد بدن و از طرف دیگرِ آن خارج می‌کند. در طول شبکه لوله‌ای، گره‌هایی برای تصفیه هوا وجود دارد.

تنفس پوستی

تنفس پوستی در مهره‌داران و بی‌مهرگان از جمله کرم‌ خاکی، قورباغۀ بالغ و ستارۀ دریایی راه تبادلات گازی است.

تبادلات گازی در کرم خاکی

یکی از متداول‌ترین مثال‌های «تنفس پوستی» (Cutaneous Respiration)، تنفس کرم خاکی است. گاز اکسیژن با حل شدن در آب روی پوست این موجودات به‌راحتی وارد شبکه مویرگی و دی‌اکسید کربن در جهت عکس از بدن خارج می‌شود. با خشک شدن پوست، کرم خاکی خفه می‌شود.

تنفس آبششی

یکی از بهترین مثال‌های تنفس آبششی، تنفس در ماهی‌ها است. اندام‌های تخصص‌یافته تنفس در ماهی‌ها «آبشش‌ها» (Gills) هستند که در دو طرف سر جاندار قرار دارند. این اندام‌ از بخش‌های زیر تشکیل می‌شود.

«رشته‌های آبشش» (Gill Filaments): این رشته‌ها ساختارهایی هستند که مساحت سطح زیادی برای تبادل گاز‌ها در اختیار ماهی قرار می‌دهند.

«تیغه آبششی» (Lamellae): هر کدام از فیلامنت‌های آبششی از تعداد زیادی صفحه به نام تیغه آبششی تشکیل می‌شود که با مویرگ‌ها در ارتباط هستند.

«کمان آبشش» (Gill Arch): رشته‌های آبششی در کمان، آرایش منظم و ردیفی می‌گیرند.
مویرگ‌ها: تبادل گازها با آب اطراف در این منطقه انجام می‌شود.

«سرپوش‌ها» (Operculum): بخشی مانند پرده که معمولا در ماهی‌های استخوانی از آبشش محافظت می‌کند.
ماهی، آب غنی از اکسیژن را از راه دهان وارد بدن و به آبشش پمپ می‌کند. با حرکت آب در اطراف رشته‌های آبششی، شبکه مویرگی اکسیژن موجود در آب را برداشت می‌کند. سیستم گردش خون، اکسیژن را به سلول‌های مختلف بدن می‌رساند و کربن دی اکسید حاصل از فعالیت آن‌ها را به سمت آبشش برمی‌گرداند. این گاز همراه آب از دهانه‌های اطراف گلو یا از سرپوش‌ها خارج می‌شود. بسیاری از ماهی‌ها ازجمله کوسه‌ها و مارماهی چند دهانه آبشش دارند.

تنفس ششی

تنفس ششی یکی از روش‌های تبادل گاز‌ی در بدن موجودات زنده است که از اندامی به نام شش بهره می‌برد. این نوع تنفس در جانوران مهره‌دار و بی‌مهره وجود دارد.

آبشش

آبشش‌ها بیرون‌زدگی‌های سطح بدن هستند. این اندام‌ها در بعضی موجودات با محیط اطراف ارتباط مستقیم دارند و در بعضی ازجمله ماهی‌ها در حفره‌هایی پوشیده قرار می‌گیرند. در بسیاری از بی‌مهرگان آبشش اندام اصلی تنفسی است. در واقع هر ساختار با دیواره نازک، که از سطح بدن خارج و تبادلات گازی در آن انجام می‌شود را می‌توان آبشش در نظر گرفت.

منبع: فرادرس