Respiração aquática - Aquatic respiration

Lesmas do mar respiram através de uma guelra (ou ctenídio)

A respiração aquática é o processo pelo qual um organismo aquático troca gases respiratórios com a água , obtendo oxigênio do oxigênio dissolvido na água e excretando dióxido de carbono e alguns outros produtos metabólicos na água.

Organismos unicelulares e pequenos simples

Em animais, plantas e bactérias muito pequenos, a difusão simples de metabólitos gasosos é suficiente para a função respiratória e nenhuma adaptação especial foi encontrada para auxiliar a respiração. A difusão passiva ou transporte ativo também são mecanismos suficientes para muitos animais aquáticos maiores, como muitos vermes , águas-vivas , esponjas , briozoários e organismos semelhantes. Nesses casos, nenhum órgão respiratório específico ou organela são encontrados.

Plantas superiores

Embora as plantas superiores normalmente usem dióxido de carbono e excretem oxigênio durante a fotossíntese, elas também respiram e, particularmente durante a escuridão, muitas plantas excretam dióxido de carbono e requerem oxigênio para manter as funções normais. Em plantas aquáticas superiores totalmente submersas, estruturas especializadas, como estomas nas superfícies das folhas, controlam o intercâmbio de gases. Em muitas espécies, essas estruturas podem ser controladas para serem abertas ou fechadas, dependendo das condições ambientais. Em condições de alta intensidade de luz e concentrações relativamente altas de íons de carbonato, o oxigênio pode ser produzido em quantidades suficientes para formar bolhas gasosas na superfície das folhas e pode produzir supersaturação de oxigênio no corpo de água circundante.

Animais

Todos os animais que praticam a respiração verdadeiramente aquática são poiquilotérmicos . Todos os animais e pássaros aquáticos homeotérmicos , incluindo cetáceos e pinguins, respiram ar, apesar de um estilo de vida totalmente aquático.

Equinodermos

Os equinodermos têm um sistema vascular de água especializado que fornece uma série de funções, incluindo fornecer energia hidráulica para pés tubulares, mas também serve para transportar água do mar oxigenada para o corpo e transportar a água para fora novamente. Em muitos gêneros, a água entra por um madreporito , uma estrutura semelhante a uma peneira na superfície superior, mas também pode entrar por ação ciliar nos pés tubulares ou por organelas cribiformes especiais.

Peixe

A maioria dos peixes troca gases usando guelras de cada lado da faringe (garganta), formando o esplancnocrânio ; o esplancnocrânio é a porção do esqueleto onde a cartilagem do crânio converge para a cartilagem da faringe e suas partes associadas. As brânquias são tecidos que consistem em estruturas filamentosas chamadas filamentos . Esses filamentos têm muitas funções e estão envolvidos na transferência de íons e água, bem como na troca de oxigênio, dióxido de carbono, ácido e amônia. Cada filamento contém uma rede capilar que fornece uma grande área de superfície para a troca de gases e íons. Os peixes trocam gases puxando água rica em oxigênio pela boca e bombeando-a sobre as guelras. Em espécies como o cação-espinhoso e outros tubarões e raias, existe um espiráculo próximo ao topo da cabeça que bombeia água para as guelras quando o animal não está em movimento. Em alguns peixes, o sangue capilar flui na direção oposta à da água, causando a troca de contracorrente . Os músculos nas laterais da faringe empurram a água sem oxigênio para fora das aberturas das guelras. Em peixes ósseos, o bombeamento de água pobre em oxigênio é auxiliado por um osso que circunda as guelras, chamado de Operculum (peixe) .

Moluscos

Os moluscos geralmente possuem guelras que permitem a troca de gases respiratórios de um ambiente aquoso para o sistema circulatório. Esses animais possuem um coração que bombeia sangue que contém hemocianina como molécula captadora de oxigênio. O sistema respiratório dos gastrópodes pode incluir guelras ou pulmão.

Artrópodes

Os artrópodes aquáticos geralmente possuem alguma forma de guelras em que a troca gasosa ocorre por difusão através do exoesqueleto . Outros podem respirar o ar atmosférico enquanto permanecem submersos, por meio de tubos de respiração ou bolhas de ar presas, embora alguns insetos aquáticos possam permanecer submersos indefinidamente e respirar usando um plastrão . Vários insetos têm uma fase juvenil aquática e uma fase adulta em terra. Nesse caso, as adaptações para a vida na água são perdidas na ecdise final . Uma série de ordens de insetos, como Mayflies , Caddis e Stone, têm estágios aquáticos juvenis, enquanto algumas ordens, como Lepidoptera, têm apenas alguns exemplos, como as mariposas da China . Poucos aracnídeos adotaram um estilo de vida aquático, incluindo o sino-aranha mergulhador . Em todos os casos, o oxigênio é fornecido pelo ar preso pelos pêlos ao redor do corpo do animal.

Répteis aquáticos

Todos os répteis aquáticos respiram ar para os pulmões. A estrutura anatômica dos pulmões é menos complexa nos répteis do que nos mamíferos , com os répteis sem a estrutura em árvore das vias aéreas muito extensa encontrada nos pulmões dos mamíferos. A troca gasosa em répteis ainda ocorre nos alvéolos ; entretanto, os répteis não possuem um diafragma . Assim, a respiração ocorre por meio de uma mudança no volume da cavidade corporal, que é controlada pela contração dos músculos intercostais em todos os répteis, exceto nas tartarugas . Nas tartarugas, a contração de pares específicos de músculos do flanco governa a inspiração ou a expiração .

Veja também répteis para descrições mais detalhadas do sistema respiratório desses animais.

Anfíbios

Os pulmões e a pele funcionam como órgãos respiratórios nos anfíbios . A pele desses animais é altamente vascularizada e úmida, com umidade mantida por meio da secreção de muco de células especializadas. Embora os pulmões sejam de fundamental importância para o controle da respiração, as propriedades exclusivas da pele auxiliam nas trocas gasosas rápidas quando os anfíbios são submersos em água rica em oxigênio.

Pássaros aquáticos

Todas as aves, incluindo aves mergulhadoras e aves pelágicas oceânicas, respiram usando pulmões convencionais e inalam gases do ar e exalam gases no ar.

Brânquias

Vista posterior das guelras de um atum

Muitos animais aquáticos desenvolveram guelras para a respiração que são especificamente adaptadas às suas funções. Em peixes, por exemplo, eles têm:

Uma grande área de superfície para permitir que tanto oxigênio quanto possível entre nas guelras, porque mais gás entra em contato com a membrana
Bom suprimento de sangue para manter o gradiente de concentração necessário
Membrana fina para permitir uma via de difusão curta
cada arco branquial tem duas fileiras (hemibrânquios) de filamentos branquiais
cada filamento branquial tem muitas lamelas

No osteichthyes , as brânquias contêm 4 arcos branquiais de cada lado da cabeça, dois de cada lado para condrichthyes ou 7 cestos branquiais de cada lado da cabeça do peixe nas lampreias . Nos peixes, a longa cobertura óssea da guelra (o opérculo ) pode ser usada para empurrar a água. Alguns peixes bombeiam água usando o opérculo. Sem um opérculo, outros métodos, como ventilação ram , são necessários. Algumas espécies de tubarões usam este sistema. Quando nadam, a água flui para a boca e através das guelras. Como esses tubarões dependem dessa técnica, eles devem continuar nadando para respirar.

Os peixes ósseos usam o fluxo contracorrente para maximizar a ingestão de oxigênio que pode se difundir pela guelra. O fluxo contracorrente ocorre quando o sangue desoxigenado se move através da guelra em uma direção, enquanto a água oxigenada se move através da guelra na direção oposta. Este mecanismo mantém o gradiente de concentração , aumentando também a eficiência do processo respiratório e evita que os níveis de oxigênio atinjam o equilíbrio . Os peixes cartilaginosos não têm um sistema de fluxo contracorrente porque não têm ossos que são necessários para ter a guelra aberta que os peixes ósseos têm.

Controle da respiração

Em peixes, neurônios localizados no tronco cerebral dos peixes são responsáveis pela gênese do ritmo respiratório . A posição desses neurônios é ligeiramente diferente dos centros de gênese respiratória em mamíferos, mas eles estão localizados no mesmo compartimento cerebral, o que tem gerado debates sobre a homologia dos centros respiratórios entre as espécies aquáticas e terrestres. Tanto na respiração aquática quanto na terrestre, os mecanismos exatos pelos quais os neurônios podem gerar esse ritmo involuntário ainda não são completamente compreendidos (consulte Controle involuntário da respiração ).

O ritmo respiratório é modulado para se adaptar ao consumo de oxigênio do corpo. Conforme observado em mamíferos, os peixes “respiram” mais rápido e pesado quando fazem exercícios físicos . Os mecanismos pelos quais essas mudanças ocorrem estão sujeitos a debate. As visualizações podem ser classificadas como a de que a maior parte das alterações respiratórias são pré-programadas no cérebro, o que implicaria que os neurônios dos centros de locomoção do cérebro se conectem aos centros respiratórios em antecipação aos movimentos, ou que a maior parte dos as alterações respiratórias decorrem da detecção da contração muscular, sendo que a respiração é adaptada em consequência da contração muscular e do consumo de oxigênio. A última visão implicaria que o cérebro possui algum tipo de mecanismo de detecção que desencadearia uma resposta respiratória quando ocorre uma contração muscular.

Muitos agora concordam que ambos os mecanismos estão provavelmente presentes e complementares, ou trabalhando em conjunto com um mecanismo que pode detectar mudanças na saturação sanguínea de oxigênio e / ou dióxido de carbono.

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