SKRZELA: CHARAKTERYSTYKA, FUNKCJE, RODZAJE I ZNACZENIE - BIOLOGIA - 2025

W skrzela lub skrzela dróg oddechowych zwierząt wodnych, mają funkcję prowadzenia wymianę tlenu między jednostką i środowiska. Pojawiają się od bardzo prostych form u bezkręgowców do złożonych struktur wyewoluowanych u kręgowców, składających się z tysięcy wyspecjalizowanych blaszek umieszczonych w jamie skrzelowej wentylowanej ciągłym przepływem wody.

Komórki do funkcjonowania potrzebują energii, która jest pozyskiwana z rozkładu cukrów i innych substancji w procesie metabolicznym zwanym oddychaniem komórkowym. U większości gatunków tlen z powietrza jest wykorzystywany do wytwarzania energii, a dwutlenek węgla jest wydalany jako odpad.

Łuki rozgałęziające szczupaka europejskiego (Esox lucius). Autor: Uwe Gille, źródło Wikimedia Commons Na sposób, w jaki organizmy przeprowadzają wymianę gazów ze swoim środowiskiem, wpływa zarówno kształt ciała, jak i środowisko, w którym żyje.

Środowiska wodne mają mniej tlenu niż środowiska lądowe, a dyfuzja tlenu jest wolniejsza niż w powietrzu. Ilość rozpuszczonego tlenu w wodzie spada wraz ze wzrostem temperatury i spadkiem prądu.

Mniej rozwinięte gatunki nie potrzebują wyspecjalizowanych struktur oddechowych, aby spełniać swoje podstawowe funkcje. Jednak w większych konieczne jest posiadanie bardziej złożonych systemów wymiany, aby mogły odpowiednio zaspokoić ich potrzeby metaboliczne.

Skrzela występują u bezkręgowców i kręgowców, mogą być nitkowate, laminarne lub drzewiaste, wyposażone w liczne naczynia włosowate, a także obserwujemy je wewnętrznie lub zewnętrznie.

Istnieją zwierzęta, które żyją w strefie przybrzeżnej, takie jak mięczaki i kraby, które są zdolne do aktywnego oddychania skrzelami w wodzie i powietrzu, o ile są wilgotne. W przeciwieństwie do innych organizmów wodnych, które wychodząc z wody duszą się pomimo obfitości dostępnego tlenu.

Charakterystyka ogólna

Zawartość tlenu w powietrzu wynosi około 21%, podczas gdy w wodzie jest rozpuszczony tylko 1%. Ta odmiana zmusiła organizmy wodne do tworzenia struktur, takich jak skrzela, przeznaczonych wyłącznie do ekstrakcji tlenu.

Skrzela mogą być tak wydajne, że osiągają wskaźniki ekstrakcji tlenu na poziomie 80%, trzy razy wyższe niż ludzkie płuca z powietrza.

Różnorodność organizmów wodnych

Te narządy oddechowe rozwinęły się w ogromnej różnorodności organizmów wodnych, można znaleźć różne rodzaje skrzeli u mięczaków, robaków, skorupiaków, szkarłupni, ryb, a nawet u gadów w określonych fazach ich cyklu życiowego.

Różnorodność kształtów

W rezultacie różnią się znacznie kształtem, rozmiarem, położeniem i pochodzeniem, co skutkuje specyficznymi adaptacjami u każdego gatunku.

W przypadku bardziej rozwiniętych zwierząt wodnych wzrost wielkości i mobilności determinował większe zapotrzebowanie na tlen. Jednym z rozwiązań tego problemu było zwiększenie powierzchni skrzeli.

Na przykład ryby mają dużą liczbę fałd, które są oddzielone od siebie wodą. Daje im to dużą powierzchnię wymiany gazowej, co pozwala im osiągnąć maksymalną wydajność.

Wrażliwe narządy

Skrzela to narządy bardzo wrażliwe, podatne na urazy fizyczne i choroby wywoływane przez pasożyty, bakterie i grzyby. Z tego powodu mniej rozwinięte skrzela są ogólnie uważane za zewnętrzne.

Kontuzje

U ryb kostnych, skrzela w obliczu wysokich stężeń zanieczyszczeń chemicznych, takich jak metale ciężkie, zawiesiny stałe i inne substancje toksyczne, ulegają uszkodzeniom morfologicznym lub urazom zwanym obrzękiem.

Powodują one martwicę tkanki skrzelowej, aw ciężkich przypadkach mogą nawet spowodować śmierć organizmu w wyniku zmiany oddychania.

Ze względu na tę cechę skrzela rybne są często wykorzystywane przez naukowców jako ważne biomarkery skażenia środowisk wodnych.

cechy

Główną funkcją skrzeli, zarówno dla organizmów bezkręgowych, jak i kręgowców, jest przeprowadzanie procesu wymiany gazowej osobnika ze środowiskiem wodnym.

Ponieważ dostępność tlenu w wodzie jest niższa, zwierzęta wodne muszą ciężej pracować, aby uchwycić określoną objętość tlenu, co stanowi interesującą sytuację, ponieważ oznacza, że ​​duża część uzyskanego tlenu zostanie wykorzystana do poszukiwania nowych tlen.

Człowiek w spoczynku zużywa od 1 do 2% swojego metabolizmu na wentylację płuc, podczas gdy ryby w spoczynku potrzebują około 10 do 20% swojego metabolizmu do wentylacji skrzeli.

Skrzela mogą również pełnić funkcje drugorzędne u niektórych gatunków, na przykład u niektórych mięczaków zostały one zmodyfikowane, aby przyczyniać się do wychwytywania pożywienia, ponieważ są organami, które nieustannie filtrują wodę.

U różnych skorupiaków i ryb dokonują również osmotycznej regulacji stężenia substancji dostępnych w środowisku w stosunku do organizmu, znajdując przypadki, w których są odpowiedzialne za wydalanie toksycznych pierwiastków.

W każdym organizmie wodnym skrzela pełnią określoną funkcję, która zależy od stopnia ewolucji i złożoności układu oddechowego.

Jak oni pracują?

Ogólnie rzecz biorąc, skrzela działają jak filtry, które zatrzymują tlen O ₂ znajdujący się w wodzie, niezbędny do spełnienia jej funkcji życiowych, i wydalają odpadowy dwutlenek węgla CO _2, który jest obecny w organizmie.

Aby osiągnąć tę filtrację, wymagany jest stały przepływ wody, który może być spowodowany ruchami skrzeli zewnętrznych u robaków, ruchami osobnika wykonywanymi przez rekiny lub pompowaniem skrzeli u kościstych ryb.

Wymiana gazowa zachodzi poprzez dyfuzję kontaktową między wodą a płynem krwi zawartym w skrzelach.

Najbardziej efektywny system nazywa się przepływem przeciwprądowym, w którym krew przepływająca przez naczynia włosowate styka się z wodą bogatą w tlen. Wytwarzany jest gradient stężenia, który umożliwia tlenowi przedostanie się przez płytki skrzelowe i dyfuzję do krwiobiegu w tym samym czasie, gdy dwutlenek węgla dyfunduje na zewnątrz.

Gdyby przepływ wody i krwi odbywał się w tym samym kierunku, nie byłyby osiągane takie same szybkości poboru tlenu, ponieważ stężenia tego gazu szybko wyrównałyby się wzdłuż membran rozgałęzionych.

Rodzaje (zewnętrzne i wewnętrzne)

Skrzela mogą pojawić się w zewnętrznej lub wewnętrznej części organizmu. To zróżnicowanie jest głównie konsekwencją stopnia ewolucji, rodzaju siedliska, w którym się rozwija, oraz szczególnych cech każdego gatunku.

Skrzela zewnętrzne

Skrzela zewnętrzne obserwuje się głównie u mało wyewoluowanych gatunków bezkręgowców oraz przejściowo w pierwszych stadiach rozwoju gadów, gdyż tracą je po przejściu metamorfozy.

Meksykański axolotl (Ambystoma mexicanum). Alexander Baranov z Montpellier, Francja (.), Via Wikimedia Commons Te rodzaje skrzeli mają pewne wady, po pierwsze dlatego, że są delikatnymi wyrostkami, są podatne na otarcia i przyciągają drapieżniki. W organizmach, które mają ruch, utrudniają im poruszanie się.

Będąc w bezpośrednim kontakcie ze środowiskiem zewnętrznym, są one zwykle bardzo wrażliwe i łatwo mogą na nie wpływać niekorzystne czynniki środowiskowe, takie jak zła jakość wody lub obecność substancji toksycznych.

Jeśli skrzela są uszkodzone, jest bardzo prawdopodobne, że wystąpią infekcje bakteryjne, pasożytnicze lub grzybicze, które w zależności od ciężkości mogą prowadzić do śmierci.

Skrzela wewnętrzne

Skrzela wewnętrzne, ponieważ są bardziej wydajne niż zewnętrzne, występują w większych organizmach wodnych, ale mają różne poziomy specjalizacji w zależności od tego, jak wyewoluował gatunek.

Są one zwykle zlokalizowane w komorach, które je chronią, ale potrzebują prądów, które pozwalają im na stały kontakt ze środowiskiem zewnętrznym, aby dostosować się do wymiany gazów.

Ryby opracowały również wapienne czapki zwane skrzelami, które służą do ochrony skrzeli, działają jak wrota ograniczające przepływ wody, a także pompują wodę.

Znaczenie

Skrzela są niezbędne do przetrwania organizmów wodnych, ponieważ pełnią niezastąpioną rolę we wzroście komórek.

Oprócz wykonywania oddychania i będąc istotną częścią układu krążenia, mogą przyczyniać się do odżywiania niektórych mięczaków, funkcjonować jako układy wydalnicze substancji toksycznych i być regulatorami różnych jonów w organizmach tak ewoluujących jak ryby.

Badania naukowe pokazują, że osoby, które doznały uszkodzenia skrzelowego układu oddechowego, mają wolniejszy rozwój i są mniejsze, są bardziej podatne na infekcje, a czasem poważne obrażenia, które mogą prowadzić do śmierci.

Skrzela przystosowały się do najbardziej zróżnicowanych siedlisk i warunków środowiskowych, umożliwiając życie w praktycznie beztlenowych ekosystemach.

Stopień specjalizacji skrzeli jest bezpośrednio związany z fazą ewolucji gatunku i są one zdecydowanie najbardziej wydajnym sposobem pozyskiwania tlenu w systemach wodnych.

Bibliografia

1. Arellano, J. i C. Sarasquete. (2005). Atlas histologiczny soli senegalskiej Solea senegalensis (Kaup, 1858). Andaluzyjski Instytut Nauk Morskich, Associated Unit for Environmental Quality and Pathology. Madryt, Hiszpania. 185 s.
2. Bioinnova. Wymiana gazowa u zwierząt i wymiana gazowa u ryb. Grupa innowacyjna ds. Nauczania w zakresie różnorodności biologicznej. Pobrane z: innovabiologia.com
3. Cruz, S. i Rodríguez, E. (2011). Płazy i globalne zmiany. Uniwersytet w Sewilli. Odzyskany z bioscripts.net
4. Fanjul, M. i M. Hiriart. (2008). Biologia funkcjonalna zwierząt I. Redaktorzy XXI wieku. 399 s.
5. Hanson, P., M. Springer i A. Ramírez. (2010) Wprowadzenie do grup wodnych makrobezkręgowców. Rev. Biol. Trop. Vol. 58 (4): 3-37.
6. Hill, R. (2007). Fizjologia porównawcza zwierząt. Od redakcji Reverté. 905 s.
7. Luquet, C. (1997). Histologia gałęziowa: oddychanie, regulacja jonowa i równowaga kwasowo-zasadowa u kraba Chasmagnathus granulata Dana, 1851 (Decapoda, Grapsidae); z notami porównawczymi w Uca uruguayensis (Nobili, 1901) (Ocypodidae). Uniwersytet w Buenos Aires. 187 s.
8. Roa, I., R. Castro i M. Rojas. (2011). Deformacja skrzeli u łososiowatych: analiza makroskopowa, histologiczna, ultrastrukturalna i elementarna. Int. J. Morphol. Vol. 29 (1): 45–51.
9. Ruppert, E. i R. Barnes. (1996). Zoologia bezkręgowców. McGraw - Hill Interamericana. 1114 s.
10. Torres, G., S. González i E. Peña. (2010). Opis anatomiczny, histologiczny i ultrastrukturalny skrzeli i wątroby tilapii (Oreochromis niloticus). Int. J. Morphol. Vol. 28 (3): 703–712.