การแลกเปลี่ยนแก๊สในสัตว์

       การแลกเปลี่ยนแก๊สในสัตว์ เป็นกระบวนการแลกเปลี่ยนแก๊สหายใจ โดยมีการนำแก๊สออกซิเจนจากภายนอกเข้าสู่ร่างกาย และกำจัดแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ที่เกิดจากการหายใจในระดับเซลล์ออกสู่สิ่งแวดล้อมภายนอก โดยทั่วไปการแลกเปลี่ยนแก๊สระหว่างเซลล์ที่มีชีวิต และสิ่งแวดล้อมที่อยู่โดยรอบเกิดขึ้นโดยอาศัยการแพร่ผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ที่เปียกชื้น แก๊สที่ผ่านเยื่อหุ้มเซลล์เข้าไปได้จะต้องอยู่ในสภาพสารละลาย สิ่งมีชีวิตขนาดเล็กในเซลล์แต่ละเซลล์จะสัมผัสกับน้ำโดยตรง จึงไม่พบอวัยวะหายใจใดๆ ในสิ่งมีชีวิตเหล่านี้ สิ่งมีชีวิตขนาดใหญ่มีวิธีการแลกเปลี่ยนแก๊สเพื่อการหายใจที่ซับซ้อนมากขึ้น เช่น มีการเพิ่มพื้นที่ผิวที่จะเป็นแหล่ง แลกเปลี่ยนแก๊สได้มากขึ้นหากเป็นสิ่งมีชีวิตที่มีเซลล์ที่อยู่ภายในมากและอยู่ห่างไกล จากผิวแลกเปลี่ยนแก๊ส จะต้องมีกลไกเฉพาะที่ทำหน้าที่นำแก๊สไปสู่เซลล์ต่าง ๆ ทั่วร่างกายได้

ภาพปลา สัตว์น้ำ

ที่มา https://pixabay.com/ , kaori

          โดยทั่วไปผิวแลกเปลี่ยนแก๊ส แบ่งเป็น 2 ประเภท คือ ประเภทที่อยู่ชั้นนอก เหมาะสำหรับสิ่งมีชีวิตที่อาศัยอยู่ในน้ำ เพราะสามารถสัมผัสกับน้ำภายนอกได้โดยตรง อีกประเภทหนึ่งคือการมีพื้นผิวแลกเปลี่ยนแก๊สที่อยู่ภายในร่างกาย สิ่งมีชีวิตที่มีการ แลกเปลี่ยนแก๊สประเภทนี้จะต้องอาศัยการลำเลียงแก๊สไปสู่เซลล์เหล่านั้น การแลกเปลี่ยนแก๊สต้องการแลกเปลี่ยนแก๊สที่มีขนาดพอเพียง สามารถลำเลียงแก๊สระหว่างพื้นที่แลกเปลี่ยนแก๊สกับสิ่งแวดล้อมและเซลล์ภายในอย่างมีประสิทธิภาพ สามารถป้องกันพื้นผิวที่เป็นแหล่งแลกเปลี่ยนแก๊สจากอันตรายต่างๆได้ โดยเฉพาะการเสียดสี มีการรักษาพื้นผิวแลกเปลี่ยนแก๊สให้ชื้นอยู่เสมอ

1. โครงสร้างของอวัยวะการหายใจของสัตว์

           1.1 สัตว์น้ำ
          จากการศึกษาพบว่าสัตว์น้ำยังไม่มีอวัยวะพิเศษใช้ในการหายใจ การแลกเปลี่ยนแก๊ส จึงเกิดที่เยื่อหุ้มเซลล์ หรือผนังลำตัว ออกซิเจนจากน้ำจะแพร่เข้าสู่เซลล์ และปล่อยคาร์บอนไดออกไซด์ออกมาสู่น้ำ พบในแมงกะพรุน ไฮดรา
          สัตว์น้ำที่เจริญขึ้นจะมีเหงือก (gill) เป็นอวัยวะแลกเปลี่ยนแก๊สอยู่ภายนอกร่างกายเหงือกยังมีความแตกต่างกันในเรื่องความซับซ้อน

• เหงือกของดาวทะเลเป็นผิวหนังที่ยื่นออกไปเป็นรูปถุง เรียกว่า เดอร์มัลแบรงเคีย
• หมึกต่างๆ จะมีเหงือกอยู่ในช่องแมนเทิล
• ปลากระดูกแข็งจะมีเหงือกอยู่ใต้แผ่นปิดเหงือก
• ตัวอ่อนของสัตว์สะเทินน้ำสะเทินบกจะมีเหงือกยื่น ออกมานอกร่างกายบริเวณคอหอย มีพื้นที่สัมผัสกับน้ำมากจึงเพิ่มประสิทธิภาพใน

การแลกเปลี่ยนแก็ส เหงือกของสัตว์ชั้นสูง เช่นเหงือกปลา จะมีเส้นเลือดฝอยมาเลี้ยงดังนั้นออกซิเจนจากน้ำจะแพร่เข้าสู่เส้นเลือดฝอยของเหงือก เลือดจะพาออกซิเจนไปเลี้ยงส่วนต่างๆ ของร่างกาย
          ปริมาณออกซิเจนในน้ำมีน้อยกว่าในอากาศมาก นอกจากปริมาณออกซิเจนในน้ำต่ำแล้ว การแพร่ของออกซิเจนในน้ำยังช้ากว่าในอากาศหลายพันเท่า สัตว์น้ำจึงมีปัญหาในการได้รับออกซิเจนไม่เพียงพอ สัตว์น้ำที่หายใจด้วยเหงือก จึงต้องปรับตัว โดยการเคลื่อนไหวอยู่ตลอดเวลา เพื่อให้น้ำผ่านเหงือกอยู่ตลอดเวลา ปลาจะโผล่ขึ้นมา ฮุบน้ำเข้าปาก และระบายน้ำออกทางเหงือก กุ้งจะทำกระแสน้ำวนเข้าช่องเหงือกที่อยู่ ใต้เปลือกหุ้มหัวและอกอยู่ตลอดเวลา ด้วงดิ่งเป็นแมลงปีกแข็ง อาศัยอยู่ในน้ำจะเก็บอากาศไว้ใต้ปีกคู่หน้า

          1.2 สัตว์บก
          เมื่อขึ้นมาอาศัยอยู่บนบกซึ่งมีออกซิเจนเพิ่มมากขึ้น จึงมีการพัฒนาวิวัฒนาการโครงสร้างของอวัยวะแลกเปลี่ยนแก๊สเป็นท่อลม ในสัตว์พวกแมลง และเป็นปอดในสัตว์พวกปลาบางชนิด จนถึงสัตว์เลี้ยงลูกด้วยน้ำนม อากาศในปอดและท่อลมจะชื้นอยู่เสมอเซลล์ที่อยู่บริเวณของแหล่งแลกเปลี่ยนจะมีชั้นน้ำบางๆเคลือบอยู่ ทำให้ออกซิเจนสามารถละลายน้ำได้ดี แสดงว่าน้ำยังเข้าเกี่ยวข้องในการแลกเปลี่ยนแก๊สเช่นเดียวกับในใบของพืช
          1.2.1 ท่อลม ท่อลมเป็นแหล่งแลกเปลี่ยนแก๊สในแมลง ท่อลมจะแตกแขนงเป็นท่อเล็กๆ แทรกไปทั่วทุกส่วนของร่างกาย ออกซิเจนสามารถแพร่จากแขนงของท่อลมผ่านเยื่อหุ้มเซลล์เข้าไปในเซลล์ ส่วนคาร์บอนไดออกไซด์ก็จะแพร่ออกจาเซลล์เข้าสู่ท่อลม ทั้งลำตัวแมลงจะมีรูหายใจซึ่งมีลิ้นค่อยปิดเปิดอยู่ ระบบการหายใจแบบนี้เป็นปัจจัยจำกัดที่สำคัญในการจำกัดขนาดของแมลงไม่ให้มีขนาดใหญ่เกินไป แมลงพวกตั๊กแตน จะมีการขยายตัวของท่อลม เป็นถุงอากาศบริเวณ  รูหายใจ นอกจากจะมีลิ้นแล้วยังมีขนอยู่มากมาย เพื่อกรองฝุ่นละอองและสิ่งสกปรกไว้ไม่ให้ผ่านเข้าท่อลม

          แมงมุม แมงป่อง จะมีอวัยวะแลกเปลี่ยนแก๊สต่างไปจากแมลงที่ เรียกว่า ปอดแผง ซึ่งประกอบไปด้วยเซลล์ร่างกาย เรียงตัวเป็นแผ่นบางๆ ซ้อนกันหลายชั้นพับซ้อนอยู่ในช่องว่างของร่างกาย ช่องว่างนี้จะมีรูเปิด เรียกว่า รูหายใจ แผ่นเซลล์บางๆ เหล่านี้จะต้องเปียกชื้นอยู่เสมอ เพื่อทำหน้าที่เป็นแหล่งแลกเปลี่ยนออกซิเจนกับเซลล์และรับคาร์บอนไดออกไซด์ออกมากำจัด

          1.2.2 ปอด  เป็นอวัยวะที่มีผิวแลกเปลี่ยนแก๊สอยู่ภายในร่างกาย ปอดมีลักษณะเป็นถุง ซึ่งมีความสัมพันธ์โดยตรงกับระบบการหมุนเวียนของเลือด ปอดชนิดง่ายที่สุดเป็นถุงลมที่มีเส้นเลือดมาเลี้ยงที่ผนังชั้นในและมีทางติดต่อกับภายนอก มักพบในหอย ที่อาศัยอยู่ตามชายหาดใกล้ระดับน้ำทะเล หอยพวกนี้ไม่จำเป็นต้องการออกซิเจนจากอากาศเพราะได้ออกซิเจนส่วนใหญ่มาจากน้ำทะเล

          ปอดของสัตว์มีกระดูกสันหลังจะมีวิวัฒนาการเพิ่มพื้นที่ผิวของปอดให้มากขึ้น โดยการแบ่งผิวด้านในเป็นกระเปาะ มีรอยพับซ้อนเล็กๆจำนวนมาก และมีเส้นเลือดที่พื้นที่ผิวแลกเปลี่ยนแก๊ส
          

แหล่งที่มา

สารานุกรมไทยสำหรับเยาวชนฯ / เล่มที่ 4 / เรื่องที่ 2 การหายใจ / อวัยวะหายใจของสัตว์บก . สืบค้นเมื่อวันที่ 11 มิถุนายน 2562. จาก http://kanchanapisek.or.th/kp6/sub/book/book.php?book=4&chap=2&page=t4-2-infodetail05.html