Caractéristiques de la respiration chez les animaux aquatiques. Organes respiratoires des organismes aquatiques

Communautés d'animaux aquatiques Chaque espèce animale choisit pour sa vie un habitat qui lui convient (biotope, microstation), aux conditions dont elle est la plus adaptée. Il est possible de distinguer des biotopes caractéristiques homogènes en termes de facteurs, dans lesquels se forment des espèces stables.

3.7. Franchir les barrières d'eau 3.7.1. Passage à gué La condition principale pour traverser la rivière est le choix de l'emplacement du gué. Pour passer à gué, on choisit un endroit où la rivière est divisée en plusieurs branches. Vous devez le traverser au point le plus large en dessous du tournant de la rivière ou

Surmonter les obstacles d'eau Pataugeoire Pour patauger, on choisit un endroit où la rivière est divisée en plusieurs branches. Vous devez le traverser au point le plus large en dessous du coude de la rivière ou en aval avec l'île entre les branches. La profondeur maximale du gué dans

Les branchies primitives sont dedans. Dans la plupart des plus hauts, ceux-ci sont situés sur les parois latérales du corps et les parties supérieures des jambes thoraciques. Les larves d'insectes aquatiques ont des branchies trachéales, qui sont des excroissances à paroi mince sur Différents composants corps dans lesquels il y a un réseau de trachée.

Chez l'échinoderme, les branchies ont des étoiles de mer et des oursins. Tous les cordés d'eau primaire (poissons) ont des rangées d'ouvertures appariées (fentes branchiales) situées dans le pharynx. Chez les respirateurs intestinaux (animaux benthiques mobiles), les tuniciers (petits animaux marins avec un corps en forme de sac recouvert d'une membrane) et les crânes (un groupe spécial d'invertébrés), les échanges gazeux se produisent lors du passage de l'eau à travers les fentes branchiales.

Comment les animaux respirent avec des branchies

Les branchies sont constituées de feuilles (filaments), à l'intérieur d'elles se trouvent un réseau de vaisseaux sanguins. Le sang qu'ils contiennent est séparé de environnement externe peau très fine, tout en créant les conditions nécessaires à l'échange entre les gaz dissous dans l'eau et le sang. Les fentes branchiales des poissons sont séparées par des arcs à partir desquels s'étendent les septa branchiaux. Chez certaines espèces osseuses et cartilagineuses, les pétales branchiaux sont situés sur la face externe des arcades sur deux rangées. Les poissons nageant activement ont des branchies avec une surface beaucoup plus grande que les animaux aquatiques sédentaires.

Chez de nombreux invertébrés, les jeunes têtards, ces organes respiratoires sont situés sur dehors corps. Chez les poissons et les crustacés supérieurs, ils sont cachés sous des dispositifs de protection. Souvent, les branchies sont situées dans des cavités corporelles spéciales ; elles peuvent être recouvertes de plis de peau spéciaux ou de couvertures coriaces (capuchons branchiaux) pour les protéger des dommages.

Les branchies fonctionnent également comme le système circulatoire.

Le mouvement de l'opercule pendant la respiration s'effectue simultanément avec le mouvement (ouverture et fermeture) de la bouche. En respirant, le poisson ouvre la bouche, aspire de l'eau et ferme la bouche. L'eau agit sur le système respiratoire, les traverse et sort. L'oxygène est absorbé par les capillaires des vaisseaux sanguins situés dans les branchies, et le dioxyde de carbone utilisé est libéré à travers eux dans l'eau.

Un animal qui vit dans l'eau pendant un certain temps ou toute sa vie. De nombreux insectes, tels que les moustiques, les éphémères, les libellules et les mouches caddis, commencent leur cycle de la vie comme des larves aquatiques avant d'évoluer en adultes ailés. Les animaux aquatiques peuvent respirer de l'air ou recevoir de l'oxygène dissous dans l'eau en utilisant organismes spécialisés appelées branchies, ou directement à travers la peau. Conditions naturelles et qui les habitent peuvent être divisés en deux catégories principales : aquatiques ou.

Groupes d'animaux aquatiques

La plupart des gens ne pensent au poisson que lorsqu'on les interroge sur les animaux aquatiques. Cependant, il existe d'autres groupes d'animaux vivant dans l'eau :

• mammifères tels que (baleines), sirènes (dugongs, lamantins) et pinnipèdes (vrais phoques, phoques à oreilles et morses). Le terme « mammifère aquatique » s'applique également aux animaux avec comme loutre de rivière ou les castors semi-aquatiques;
• crustacés (par exemple escargots de mer, huîtres);
• (par exemple, les coraux);
• (par exemple, crabes, crevettes).

Le terme « aquatique » peut être appliqué aux animaux qui vivent à la fois en eau douce (animaux d'eau douce) et en eau salée (animaux marins). Cependant, le terme organismes marins est le plus souvent utilisé pour les animaux qui vivent dans eau de mer, c'est-à-dire dans les océans et les mers.

La faune aquatique (en particulier les animaux d'eau douce) est souvent une préoccupation particulière pour les écologistes en raison de leur fragilité. Ils sont exposés à la surpêche, au braconnage, à la pollution, etc.

Têtards de grenouille

La plupart se caractérisent par un stade larvaire aquatique, par exemple les têtards chez les grenouilles, mais les adultes mènent une vie terrestre près des plans d'eau. Certains poissons, comme l'arapaima et le poisson-chat ambulant, respirent également de l'air pour survivre dans une eau pauvre en oxygène.

Savez-vous pourquoi le héros du célèbre dessin animé « Bob l'éponge Pantalons carrés" (ou " Bob l'éponge Pantalon carré"), représenté sous la forme d'une éponge ? Parce qu'il y a des animaux aquatiques, que l'on appelle marins. Cependant éponges de mer ne ressemble pas à une éponge de cuisine carrée comme un personnage de dessin animé, mais a plus forme arrondie corps.

Poissons et mammifères

Banc de poissons près d'un récif de corail

Savez-vous ce qui existe grande quantité espèces de poissons que les amphibiens, oiseaux, mammifères et reptiles réunis ? Les poissons sont des animaux aquatiques, car toute leur vie se passe dans l'eau. Les poissons ont le sang froid et leurs branchies reçoivent l'oxygène de l'eau pour respirer. De plus, les poissons sont des vertébrés. La plupart des espèces de poissons peuvent vivre en eau douce ou en eau de mer, mais certains poissons, comme le saumon, habitent les deux environnements.

Dugong - mammifère aquatique de l'escouade des sirènes

Alors que les poissons ne vivent que dans l'eau, les mammifères peuvent être trouvés sur terre et dans l'eau. Tous les mammifères sont des vertébrés ; avoir des poumons; ils ont le sang chaud et donnent naissance à des petits vivants au lieu de pondre des œufs. mais mammifères aquatiques dépendent de l'eau pour survivre. Certains mammifères, comme les baleines et les dauphins, ne vivent que dans l'eau. D'autres, comme les castors, sont semi-aquatiques. Les mammifères aquatiques ont des poumons mais pas de branchies et ne peuvent pas respirer sous l'eau. Ils ont besoin de flotter à la surface à intervalles réguliers pour respirer de l'air. Si vous avez déjà vu à quoi ressemble une fontaine d'eau sortant du bec d'une baleine, sachez qu'il s'agit de son expiration, suivie d'une inspiration avant que l'animal ne replonge dans l'eau.

Mollusques, cnidaires, crustacés

Tridacna géant est le plus grand représentant mollusques bivalves

Les mollusques sont des invertébrés qui ont un corps mou et musclé sans pattes. Pour cette raison, de nombreux mollusques ont une coquille dure pour protéger leur corps vulnérable des prédateurs. Les escargots de mer et les huîtres sont des exemples de crustacés. Les calmars appartiennent également aux mollusques, mais ils n'ont pas de coquilles.

Méduse du Roy

Qu'ont en commun les méduses, les anémones et les coraux ? Tous appartiennent aux cnidaires - un groupe d'animaux aquatiques qui sont des invertébrés, ont une bouche spéciale et des cellules urticantes. Les cellules urticantes autour de la bouche sont utilisées pour attraper la nourriture. Les méduses peuvent se déplacer pour attraper leurs proies, mais les anémones de mer et les coraux sont attachés aux rochers et attendent que la nourriture s'approche d'eux.

Crabe rouge

Les crustacés sont des invertébrés aquatiques avec une coquille externe chitineuse dure (exosquelette). Quelques exemples incluent les crabes, les homards, les crevettes et les écrevisses. Les crustacés ont deux paires d'antennes qui les aident à obtenir des informations sur leur environnement. La plupart des crustacés se nourrissent de restes flottants de plantes et d'animaux morts.

Conclusion

Les animaux aquatiques vivent dans l'eau et en dépendent pour leur survie. Il existe différents groupes d'animaux aquatiques, notamment les poissons, les mammifères, les mollusques, les cnidaires et les crustacés. Ils vivent soit dans des plans d'eau douce (ruisseaux, rivières, lacs et étangs), soit dans des eaux salées (mers, océans, etc.), et peuvent être à la fois des vertébrés et des invertébrés.

Les animaux aquatiques vivent dans un environnement pauvre en oxygène et à haute conductivité thermique. Afin de respirer et de ne pas mourir d'une perte de chaleur excessive, ils ont développé un certain nombre d'appareils.

La vie de la morue n'est pas facile. Il y a peu d'oxygène dans l'eau : elle en contient 21 % dans l'air, pas plus de 0,7 % dans l'eau, et encore moins si elle est chaude ou très salée. Pour obtenir les quelques grammes d'oxygène nécessaires, les poissons doivent faire passer 10 m³ d'eau par leurs branchies chaque jour. Pour les tritons et autres amphibiens, il suffit de ne faire passer que quelques litres d'air dans leurs poumons chaque jour.

Respiration sous-marine

L'eau est un milieu beaucoup plus dense et visqueux que l'air, et il n'est pas si facile de la faire passer par les branchies. Les animaux qui respirent sous l'eau dépensent 10 à 20 % plus d'énergie lors des échanges gazeux que ceux qui respirent air atmosphérique... De très petits organismes, tels que les animaux planctoniques microscopiques, respirent sur toute la surface du corps - en raison de la diffusion d'oxygène à travers le tégument. Les organismes dont la taille dépasse 1 mm sont obligés d'utiliser divers appareils pour respirer. Ainsi, le corps des éponges est imprégné de part en part d'un système complexe de canaux à travers lesquels elles conduisent l'eau dans cavité intérieure... La plupart des animaux marins - mollusques, vers, poissons - respirent sous l'eau à l'aide d'organes spéciaux d'échange de gaz - les branchies. Ils sont une sorte de filtre avec la plus petite maille pour filtrer l'eau.

Plus les besoins énergétiques du corps sont élevés, plus plus grande surface les surfaces des branchies à travers lesquelles l'oxygène est absorbé. Les branchies sont percées de capillaires. À travers les parois minces de ces minuscules vaisseaux, l'oxygène pénètre dans la circulation sanguine, qui le transporte dans tout le corps. Les bivalves conduisent l'eau à travers les branchies en faisant vibrer les cils, les crustacés en déplaçant leurs membres et la plupart des poissons en ouvrant et en fermant les couvertures branchiales.

Echange eau-sel

Considérons un système de deux vases communicants remplis d'eau. Si vous ajoutez une substance soluble dans l'eau à un, sa concentration dans les deux récipients sera bientôt la même. Les substances dissoutes diffusent (transportent) toujours d'où il y en a le plus, vers l'endroit où il y en a moins. Diverses substances, dont des sels, sont également dissoutes dans les fluides contenus dans le corps des êtres vivants. Dans les moules, les annélides, étoile de mer, oursins et certains autres invertébrés, la concentration de substances dans les fluides corporels coïncide avec la composition en sel du milieu aquatique. Cependant, la plupart des animaux ne pourraient pas survivre s'ils environnement interne avait la même composition que l'extérieur. Dans le corps des animaux d'eau douce, la concentration de sels devrait être plus élevée que dans l'eau et moins élevée chez les animaux marins. Afin de ne pas mourir, tous les organismes aquatiques sont obligés de réguler les processus du métabolisme eau-sel - pour effectuer ce qu'on appelle l'osmorégulation.

Ont poisson d'eau douce l'environnement intérieur est plus salé que l'environnement extérieur, et eau fraiche pénètre facilement dans le corps. Pour éliminer l'excès, le poisson sécrète un grand nombre de urine très diluée. Par exemple, la carpe retient les sels dans les reins, il y en a donc très peu dans son urine. De plus, les poissons absorbent le sel de l'eau à l'aide de leurs branchies et l'obtiennent également de la nourriture. La situation est inversée chez les animaux marins. Afin de ne pas souffrir de déshydratation dans un environnement salé, ils boivent beaucoup d'eau de mer, la dessalent et excrètent une petite quantité d'urine avec une forte concentration de sels du corps. C'est ainsi, par exemple, que la morue se comporte. Mais le principal "appareil de dessalement" du poisson se trouve dans les branchies: des cellules spéciales absorbent les sels du sang et, avec le mucus, les éliminent.

Thermorégulation

La conductivité thermique de l'eau est beaucoup plus élevée que celle de l'air, de sorte que la plupart des animaux aquatiques sont incapables de réguler leur température corporelle. La température corporelle de la morue est d'environ 11 ° C - comme l'eau dans laquelle vit ce poisson. Peu de poissons, comme le thon, sont capables de maintenir une température plus élevée dans les muscles et le cerveau qu'à l'extérieur. Pour développer la vitesse, les muscles du poisson ont besoin Chauffer- dans ce cas, ils diminuent plus vite. Dans le même temps, la température des autres organes du thon reste la même que la température ambiante.

Problèmes de chauffage

Tous les mammifères, y compris les mammifères marins, sont des animaux à sang chaud : ils sont capables de maintenir la température corporelle à un niveau constant. V Environnement aquatique ils doivent y consacrer beaucoup d'énergie. Ils sont épargnés par une épaisse couche de graisse sous-cutanée, qui empêche le refroidissement. les organes internes, et les grandes tailles. Avec une augmentation de la taille du corps, le rapport entre la surface et le volume diminue, de sorte que les animaux plus gros perdent moins de chaleur à travers le tégument. Pour maintenir une température constante de chaque mètre cube de corps, les énormes baleines dépensent beaucoup moins d'énergie que les dauphins.

Vivre au crépuscule

Dans une eau de mer propre et transparente, 40 % de la lumière pénètre jusqu'à 1 m de profondeur et seulement 1,5 % jusqu'à 40 m de profondeur. Malgré le manque de lumière, la plupart les organismes marins une excellente vision a été préservée. Yeux perçants permettent à beaucoup d'entre eux, comme les poissons et les céphalopodes, de distinguer des objets même à de grandes profondeurs. Les yeux céphalopodes- seiches, poulpes, calmars - dans leur structure, ils ressemblent aux yeux des mammifères. L'acuité visuelle est assurée par une forte densité d'éléments photosensibles dans la rétine : il y en a environ 64 000 pour 1 mm2 de rétine chez une pieuvre, 105 000 chez une seiche et 162 000 chez un calmar (à titre de comparaison : un chat a 400 mille).

Certains calmars des grands fonds ont des yeux asymétriques : celui de gauche est 4 fois plus grand que celui de droite. Selon un certain nombre de scientifiques, avec l'aide d'un grand œil, les animaux regardent dans les profondeurs sombres de la mer et un petit dans les couches supérieures claires de l'eau. Et enfin, sur les nageoires de certains calmars, il y a des "localisateurs thermiques" miniatures qui peuvent percevoir les rayons infrarouges (chaleur) et aider ces prédateurs marins à naviguer et à chasser dans l'obscurité.

Les organismes marins ont souvent un sens aigu de l'odorat, sont capables de détecter les fluctuations de l'eau, de ressentir de petits changements de pression et même de percevoir Champs électromagnétiques... De tous les animaux marins, les sens les plus divers sont probablement les requins et les dauphins.

Plongée dangereuse

Pour un mammifère, plonger à de grandes profondeurs est une entreprise risquée. Avec l'augmentation de la profondeur, la pression de l'air stocké dans les poumons augmente et le sang est progressivement saturé d'oxygène et d'azote. Et avec une teneur élevée dans le sang, ces gaz deviennent toxiques. De plus, lorsqu'il remonte rapidement à la surface, l'azote peut former des bulles (semblables au bouillonnement de soude dans une bouteille en cours d'ouverture) et provoquer une obstruction vasculaire. Chez l'homme, ce phénomène est appelé maladie de décompression.

Les baleines et les phoques ont développé des adaptations particulières qui permettent d'utiliser efficacement les réserves d'air de leurs poumons sous l'eau. Leur cœur bat plus lentement que celui des animaux terrestres de taille comparable, ce qui réduit les besoins de l'organisme en oxygène. Leur sang est plus riche en hémoglobine, il lie donc plus d'oxygène. Plusieurs autres adaptations anatomiques et physiologiques empêchent la formation de bulles d'azote dans le sang lors de la remontée et permettent aux animaux de supporter des niveaux d'azote dans le sang qui seraient mortels pour les animaux terrestres, ou de limiter son entrée dans le sang, par exemple, par accumulation dans les organes. Chez les phoques de Weddell, l'azote s'accumule dans les bronches, ce qui réduit son entrée dans le sang et, à de grandes profondeurs, il n'a pas d'effet toxique sur les tissus des phoques. En conséquence, les phoques de Weddell sont capables de plonger à une profondeur de 500 m et de retenir leur souffle sous l'eau pendant 70 minutes. Les cachalots plongent à 2200 m et peuvent rester sous l'eau encore plus longtemps que les phoques de Weddell ! Le cachalot est aidé en cela par sa taille corporelle énorme : par rapport au phoque, il perd moins de chaleur, ce qui signifie qu'il utilise moins d'oxygène.

En respirant appeler au moins deux processus interconnectés mais différents. Du point de vue de la biochimie, la respiration est le processus de décomposition par hétérotrophes de composés organiques (principalement producteurs de charbon) en molécules plus simples (dans le cas général, CO 2 et H 2 O) avec libération de l'énergie nécessaire à l'organisme. (qui est ensuite stocké sous forme d'ATP - adénosine triphosphate). D'un point de vue chimique, ce processus est similaire à la décomposition et à la combustion, et nécessite généralement la participation d'oxygène moléculaire pour l'oxydation des matières organiques. Certes, la respiration est aussi appelée décomposition anaérobie de la matière organique (utilisée par certains organismes et tissus en l'absence d'oxygène).

La respiration du point de vue de la physiologie (et de l'écologie) n'est que le processus d'absorption par le corps et les cellules de l'oxygène moléculaire (nécessaire à l'oxydation des aliments) et la libération de dioxyde de carbone (formé lors de l'oxydation des aliments).

Quantitativement, la respiration du corps (dans les deux sens) est directement liée à la nutrition, servant le même réaction chimique l'oxydation de la matière organique en CO 2 et H 2 O. La combinaison de tous ces processus est appelée métabolisme - métabolisme .

Le métabolisme et sa vitesse

Le taux de métabolisme et d'énergie dans le corps (ou la population) est une caractéristique très importante à bien des égards. Elle est généralement exprimée en calories par unité de temps, parfois en taux de consommation d'oxygène. Dans tous les cas, il faut comprendre que le taux métabolique est proportionnel à la fois au taux de consommation alimentaire et au besoin en oxygène, et reflète largement le rôle de l'organisme dans son écosystème. Le taux d'excréments dépend également du taux de métabolisme (mais pas directement, car l'efficacité d'assimilation de différents aliments par différents animaux est différente). Le même taux métabolique dépend du poids corporel de l'animal, mais pas directement (comme cela peut paraître), mais assez intelligemment - avec un exposant de puissance d'environ 0,75. En d'autres termes, avec une augmentation de la masse d'un animal de 10 000 fois (de quatre ordres de grandeur), son taux métabolique n'augmentera que de 1000 fois (de trois ordres de grandeur). Les petits animaux ont un métabolisme relativement plus rapide que les grands - ainsi une tonne de souris (avec un poids corporel moyen de, par exemple, 50 grammes) mange et excrète beaucoup plus de substances qu'une tonne d'éléphants (plus précisément, un cinquième d'un éléphant pesant cinq tonnes). Si nous nous souvenons des insectes (avec un poids moyen en milligrammes) et des bactéries (avec un poids corporel d'environ 10 -12 grammes), alors il devient clair que ce sont les petits organismes qui font passer le flux principal de matière et d'énergie à travers eux-mêmes; les grands le stockent principalement en eux-mêmes.

C'est la différence fondamentale entre les consommateurs et les réducteurs. Les consommables sont des animaux relativement gros avec un métabolisme lent, accumulant une biomasse importante et provoquant (avec les producteurs) la diversité structurelle des écosystèmes. Nous les voyons. Et les décomposeurs sont des micro-organismes au métabolisme très rapide, qui, avec une biomasse relativement faible, passent à travers eux et décomposent la majeure partie matière organique et assurent la fonction d'hétérotrophes dans les écosystèmes. Ils sont pratiquement invisibles - seuls les produits de leur activité sont présents.

Il est clair que le taux métabolique dépend également de nombreuses autres raisons. Chez les organismes à sang froid, il est associé à la température - plus il fait chaud, plus l'échange est rapide. Chez les animaux à sang chaud, il est également connecté, mais vice versa - plus il fait froid, plus ils produisent et dépensent d'énergie pour se réchauffer. En général, le taux métabolique des animaux à sang chaud est plusieurs fois supérieur à celui des animaux à sang froid. Les animaux en mouvement dépensent plus d'énergie que les sédentaires, les muscles - plus que l'eau et le gras, les jeunes et en croissance - plus vieux, et ainsi de suite. Pour déterminer directement le taux métabolique du corps, il faut soit prendre en compte le taux de sa nutrition et le contenu calorique des aliments, soit le taux d'absorption d'oxygène ; le plus souvent, ils utilisent des formules empiriques toutes faites, avec leurs propres coefficients pour chaque groupe d'animaux, espèces :

Échange, ml O 2 / heure = Nombre * Poids corporel 0,75, g * Coefficient spécifique au groupe.

En écologie, au lieu du nombre, la densité de population est utilisée et l'échange est déjà calculé par unité de surface de fond ou de volume d'eau. Le coefficient de cette équation est généralement proche de 0,1 pour les invertébrés, atteint 0,3 chez les poissons et jusqu'à 1 chez les vertébrés à sang chaud. Le facteur de puissance 0,75 est également en différents groupes ah varie, mais faiblement - d'environ 0,7 à 0,8.

Si vous devez traduire les calculs en calories, utilisez les connaissances suivantes : La densité d'oxygène est de 1,43 mg/ml ; 1 mg d'oxygène consommé équivaut à l'excrétion de 3,4 cal. Par conséquent, 1 ml d'O 2 = 4,86 ​​calories.

Ce calcul ne doit pas être confondu avec le calcul de l'énergie libérée par unité de nourriture consommée. Là, les informations de base sont les suivantes. Les glucides et les protéines consomment également de l'oxygène et donnent 4,2 à 4,3 kcal / gramme de substance décomposée. Les graisses sont environ deux fois plus énergivores et donnent environ 9,4 kcal/gramme ; en conséquence, plus d'oxygène est nécessaire pour leur oxydation.

Fait intéressant, le taux d'oxydation de la matière organique dans les cellules est directement lié à la concentration d'oxygène dissous dans celles-ci. Cette concentration ne peut pas être très élevée, car la solubilité de l'oxygène dans l'eau (ainsi que dans le plasma sanguin et même le cytoplasme des cellules) est faible et environ égale à 10 mg/l à 15 o (environ 15 à 0 o et environ 7,5 - à 30 o ). Peut-être que si l'oxygène se dissout mieux dans l'eau, toute la vie sur Terre s'écoulerait plus vite...

Aperçu des aides respiratoires

Habituellement, pour les échanges gazeux (absorption d'oxygène dissous et libération de dioxyde de carbone), les invertébrés aquatiques utilisent toute la surface du corps, qui n'a pas de téguments denses et imperméables. Les animaux les plus primitifs (et aussi tous très petits) n'ont pas systèmes respiratoires Ne pas avoir.

Le taux de diffusion de l'oxygène dans l'eau est tel qu'avec un échange gazeux purement cutané, les cellules qui ne sont pas à plus de 1 millimètre de la surface d'échange gazeux peuvent fonctionner normalement ; en conséquence, l'épaisseur de l'animal pendant la respiration cutanée ne doit pas dépasser 2 mm. Avec une augmentation du corps, une augmentation des téguments protecteurs, ainsi qu'une diminution de la concentration d'oxygène dissous dans l'eau, les échanges gazeux cutanés commencent à être insuffisants et il devient nécessaire de développer des dispositifs supplémentaires. Les principaux sont: le développement d'organes respiratoires spéciaux (ouïes), le système de rinçage des branchies, le système de stockage et de transport de l'oxygène dans le corps, la vie dans des eaux riches en oxygène, la transition vers la respiration aérienne.

Branchies

Toutes les excroissances du corps des animaux utilisés pour respirer dans l'eau sont appelées branchies. Habituellement, cela différentes sortes lobes, pétales, filaments ramifiés, etc., presque toujours à paroi mince, pratiquement dépourvus de muscles, mais avec une grande surface externe et équipés d'un réseau dense de vaisseaux sanguins de l'intérieur. Parfois (en particulier chez les organismes très mobiles - poissons, crustacés supérieurs), les branchies sont relativement compactes et rétractées sous des dispositifs de protection, de sorte qu'elles ne violent pas les contours généraux du corps; chez les animaux sédentaires et sédentaires, au contraire, ils peuvent former des fourrés luxuriants. Souvent, les organes branchiaux assument également d'autres fonctions - piégeage des aliments (chez de nombreux filtreurs - bivalves, brachiopodes, polychètes sessiles), échange d'ions avec l'environnement et osmorégulation (chez la plupart des animaux d'eau douce). Dans l'ensemble, le développement des branchies permet d'augmenter la surface respiratoire du corps de plusieurs fois, et parfois de plusieurs dizaines de fois. La plupart des animaux pesant plus de 10 mg ont des branchies; la plupart des plus petits sont contournés par les échanges gazeux cutanés généraux. En revanche, avec un poids supérieur à 1 gramme, le développement des branchies est souvent insuffisant, et les animaux développent des moyens supplémentaires pour augmenter la fréquence respiratoire.

Respiration aérienne

Le passage à la respiration avec de l'oxygène atmosphérique permet de se débarrasser complètement du problème de la qualité de l'eau. C'est un chemin irremplaçable pour les habitants des plans d'eau marécageux et en décomposition avec de l'eau pourrie. Cependant, la respiration de l'air nécessite une remontée périodique à la surface de l'eau, ce qui est pratique lorsqu'on vit dans un réservoir peu profond, ou à la surface (et surtout au bord de la côte) d'un réservoir plus grand ; dans la plupart des communautés de grands plans d'eau, les animaux sont privés de cette opportunité. De plus, l'acquisition de la respiration pulmonaire est une transformation évolutive complexe réalisée par seulement quelques groupes d'animaux qui sont autrefois allés sur terre (certains insectes, araignées, mollusques pulmonaires, sangsues supérieures, amphibiens et cétacés sont retournés à l'eau ; ils sont appelés secondaires animaux aquatiques) ...

Métabolisme anaérobie

Étant donné que la vie est censée provenir d'un environnement pratiquement sans oxygène, la voie métabolique initiale pour les animaux est anaérobie, c'est-à-dire la décomposition partielle de la matière organique sans la participation de l'oxygène. Le processus anaérobie le plus courant est glycolyse , dans laquelle une molécule de glucose, après plusieurs étapes, est clivée par des enzymes en deux molécules d'acide lactique, avec formation de deux molécules d'ATP (avec l'oxydation complète du glucose avec de l'oxygène en dioxyde de carbone, 36 molécules d'ATP sont obtenues). La glycolyse précède la digestion aérobie des glucides dans tous les cas et dans tous les organismes ; il se distingue par un débit élevé et, avec un travail intensif de nombreux muscles, c'est lui qui fournit l'énergie principale. Elle présente deux inconvénients : une faible efficacité (presque 20 fois inférieure à celle de la décomposition complète du glucose en cycle de Krebs ) et l'accumulation rapide d'acide lactique nocif pour eux dans les tissus. Par conséquent, dans les organismes aérobies, un organisme anaérobie n'est autorisé que dans une situation critique et sur un bref délais... Une autre chose concerne les micro-organismes qui vivent constamment dans un environnement sans oxygène (par exemple, dans l'épaisseur de limon au fond des réservoirs). Ils n'ont pas d'options, ils agissent sur la glycolyse et l'acide lactique est libéré dans l'environnement. L'oxygène est toxique pour eux et l'aération de leur environnement provoque un changement rapide des communautés vers des communautés aérobies. En plus de la glycolyse, plusieurs autres variantes biochimiques du métabolisme anaérobie sont connues, produisant de 2 à 6 molécules d'ATP par glucose. Tous se trouvent dans les micro-organismes, et certains sont également utilisés par un certain nombre d'invertébrés.

Examen des organes respiratoires dans différents groupes d'animaux

Éponges, coelentérés, vers plats, nématodes

Éponges, coelentérés, vers plats, nématodes - n'ont pas d'organes respiratoires spéciaux (ainsi que le système circulatoire). La petite taille et la planéité permettent à certains de se passer de ces systèmes, tandis que d'autres - la présence d'un système ramifié de cavités à l'intérieur du corps à travers lesquelles l'eau circule. La mésoglée massive des méduses est presque entièrement constituée d'eau et consomme très peu d'oxygène.

Vers annelés

La plupart des polychètes plus ou moins grands ont des excroissances latérales spéciales du corps - branchies; parfois leur fonction est remplie par des parapodes. La circulation de l'oxygène à l'intérieur du corps est assurée par le système circulatoire. Comment plus de vue et moins il vit riche en oxygène, plus son système circulatoire et ses branchies sont puissants. Dans certains groupes (par exemple chez les oligochètes Tubificidae et Lumbricidae), des pigments respiratoires de type hémoglobine apparaissent déjà (bien que les branchies soient absentes).

Mollusques

La plupart des mollusques utilisent différents types de branchies pour respirer - parfois saillantes vers l'extérieur, mais le plus souvent plus ou moins cachées dans les plis du corps. La disposition la plus typique des branchies se trouve dans une vaste cavité du manteau remplie d'eau, où elles fonctionnent sans risque d'être mordues, et souvent (en particulier chez les mollusques bivalves) combinent la fonction de capture de nourriture. Le plus souvent, les branchies sont équipées de pétales minces, et celles-ci, à leur tour, sont équipées d'épithélium ciliaire, qui fournit un flux d'eau constant entre les pétales. La fonction de transport de l'oxygène dans tout le corps est assurée par le sang. Chez les gastéropodes terrestres et aquatiques secondaires (sous-classe Pulmonata), ainsi que chez certains oiseaux maillants à crête d'eau douce (par exemple, les ampoules), un système respiratoire à air s'est formé - une cavité du manteau remplie d'air qui fonctionne comme un poumon et s'ouvre vers l'extérieur avec un système respiratoire ouverture.

Crustacés

Aussi en général groupe d'eau; En raison des tailles très diverses, les organes respiratoires externes varient également de lobes branchiaux assez grands à la base des pattes (décapodes, amphipodes) à l'absence d'organes spéciaux dans la plupart des petits (0,5-2 mm) Cladocères planctoniques, Copépodes et Ostracode. Le système circulatoire est impliqué dans la distribution de l'oxygène dans le corps, mais chez les petits représentants, il est pratiquement sous-développé.

Insectes

Ils ont un système de respiration d'air - un réseau de trachées (tubes chitineux rigides remplis d'air), s'ouvrant vers l'extérieur avec des stigmates de verrouillage. L'oxygène circule à travers la trachée en partie de force (les insectes sont capables d'effectuer des mouvements respiratoires, provoquant un certain mouvement de gaz dans la trachée), mais principalement en raison de la même diffusion. Cette circonstance limite en partie la taille du corps des insectes - si vous rendez la trachée très longue, l'oxygène n'a pas le temps de pénétrer dans les tissus. Système circulatoire les insectes sont imparfaits et n'ont aucune fonction respiratoire. De plus, les larves d'insectes aquatiques (ayant des téguments relativement plus minces et plus perméables) respirent efficacement sur toute la surface du corps, et ont souvent aussi des branchies - excroissances respiratoires, où elles pénètrent, pour s'oxygéner, les branches de la trachée. Par conséquent, la plupart des larves aquatiques (mais pas toutes) ont abandonné la vraie respiration aérienne, ont un système trachéal fermé (sans stigmates) et ne rampent pas jusqu'à la surface de l'eau. Les branchies sont situées sur le corps de différentes manières : sur les côtés de l'abdomen (chez les larves d'éphémères, les mouches caddis, les mouches pliées, de nombreux coléoptères et diptères), à l'extrémité de l'abdomen (chez les larves de libellules homoptères), sur la poitrine (chez les larves de nombreuses libellules) et même à l'intérieur d'une cavité spéciale de l'abdomen (chez les larves de libellules à ailes différentes). Quelques larves de mouches, punaises d'eau et adultes coléoptères aquatiques garder le système trachéal ouvert et respirer de l'air.

Des poissons

Ils ont des branchies bien développées, cachées sous les couvertures branchiales et lessivées par elles (sauf poisson cartilagineux qui atteignent le lavage des branchies avec un mouvement constant). Certains poissons sont également capables d'avaler de l'air de la surface et d'assurer en partie des échanges gazeux avec son aide, dans l'intestin ou dans une cavité spécialement conçue à cet effet (par exemple, dans les labyrinthes et les poumons). Avec de fortes gelées dans les plans d'eau, presque tous les poissons flottent à la surface et essaient de respirer de l'air.

Mammifères

Ils ont presque exclusivement une respiration pulmonaire, qu'ils conservent même pendant la vie dans l'eau (comme les cétacés et les pinnipèdes). Cela limite quelque peu la conquête des mers par eux (il faut périodiquement remonter à la surface pour respirer), mais cela protège des morts (cependant, en mer, les morts sont encore extrêmement rares).