أنماط التنفس عند الحيوانات : مرتبة بالتفصيل

أنماط التنفس عند الحيوانات بالترتيب

• التنفس من خلال الغشاء البلازمي.
• التنفس من خلال الجلد.
• نظام القصبة الهوائية.
• التنفس من خلال الخياشيم.
• التنفُّس الرئوي.

رغم أنّ عملية التنفس الخلوية الأساسية متشابهة في الكائنات الحيّة، إلّا أنّ أنماط التنفس عند الحيوانات تختلف من كائنٍ لآخر باختلاف عملية تبادل الغازات، وهي:

التنفس من خلال الغشاء البلازمي: يتم في الحيوانات وحيدة الخلية مثل الأميبا. ويحدث عندما يتبادل الكائن الحي الغازات مع البيئة عبر سطح الخلية. تمتص الأميبا على سبيل المثال الأكسجين من البيئة المحيطة، سواء من الهواء أو الماء، عبر الغشاء البلازمي. ثم تُنتِج الطاقة وثاني أكسيد الكربون عبر الغشاء البلازمي أيضًا من خلال عملية الانتشار.

التنفس من خلال الجلد: يحدث غالبًا في الديدان مثل ديدان الأرض والديدان الشريطية، والتي تستخدم جلدها لتقوم بعملية تبادل الغازات، بفضل رطوبة جلودها الرقيقة والناعمة. بالإضافة إلى الضفادع الناضجة التي تعتمد على الرئتين والجلود بالتبادل للتنفس. تُغطّى جلود الديدان بأعداد كبيرة من خلايا الدم (الشعيرات الدموية) والتي يتم من خلالها عملية تبادل الغازات. يُمكن أن يمنع جفاف جلودها عملية التنفس فتموت من الاختناق.

نظام القصبة الهوائية: يتم في الحشرات مثل الصرصور والجندب، والتي تحتوي أجسامها على أنبوب دقيق يُعرف بالقصبة الهوائية يعمل على التبادل الغازي. فمن خلال الفتحة التنفسية يدخل الهواء بما يحتويه من أكسجين إلى أنابيب القصبة الهوائية، والتي تعمل على توصيل الأكسجين إلى أنسجة وخلايا الجسم. تستخدم الحشرات الأكسجين في تفتيت غذائها، ثم تُخرِج ثاني أكسيد الكربون من الخلايا إلى القصبة الهوائية وحتى الفتحات التنفسية.

التنفس من خلال الخياشيم: يتم في غالبية الحيوانات المائية كالأسماك والقريدس عن طريق نتوءات من الجلد تُسمّى الخياشيم. تحتوي الخياشيم على أوعية دموية تعمل على تبادل الغازات من خلال امتصاص الأكسجين الذائب في الماء واستبداله بثاني أكسيد الكربون.

التنفُّس الرئوي: يتم تبادل الغازات في البرمائيات والطيور والثدييات عبر أعضاء تنفسية تُسمّى الرئتين، وهي من أشهر طرق التنفس عند الحيوانات. وهي هياكل توجد في التجويف الصدري تستخرج الأكسجين من الهواء وتُخرِج ثاني أكسيد الكربون. [1] [2]

أنواع التنفس عند الكائنات الحية

ينقسم التنفس إلى نوعين أساسيين، هما:

• التنفس الهوائي.
• التنفس اللاهوائي.

التنفُّس الهوائي: وهو التنفس الذي يحدث بوجود الأكسجين. وهو عبارة عن تفاعل أيضي يستخدم الأكسجين لتكسير جزئيات الطعام المعقدة. ثم تحويلها إلى جزيئات صغيرة بسيطة يُمكن استخدامها لتوفير الطاقة ATP للحيوانات. يُمكن أن يتغيّر معدل تنفس بعض هذه الحيوانات تبعًا لبعض الظروف، مثل زيادة درجات الحرارة فهي الحالة التي يتنفس الحيوان بها بشكل اسرع. يتكوّن التنفس الهوائي من:

• تحلُّل سُكّر الجلوكوز.
• الفسفرة التأكسدية.
• دورة كريبس.

التنفُّس اللاهوائي: هو التنفس الذي يحدث في غياب الأكسجين. هو عبارة عن تفاعل تقوم به بعض الكائنات الحيّة التي تعيش تحت الأرض أو في مناطق لا يتوفّر فيها الأكسجين. وتستخدم هذه الكائنات ثاني أكسيد الكربون أو النترات كبدائل للأكسجين، لتفكيك جزئيات الطعام وإنتاج الطاقة. تتوّلد الطاقة في التنفس اللاهوائي بفضل نظام نقل الإلكترون وتشكيل التدرُّج الكهروكيميائي.

حالات التنفس عند الكائنات الحية

• التنفس الخارجي.
• التنفس الداخلي.

التنفُّس الخارجي: هو حصول الكائنات على الأكسجين من البيئة الخارجية، وتختلف الطرق التي تحصل بها الكائنات الحيّة على الأكسجين حسب تطوُّرها. تلجأ العديد من الحيوانات التي لا تمتلك أعضاء متخصصة للتنفس إلى الحصول على الأكسجين عبر أنسجتها الخارجية. في حين تتمتّع الكثير من الحيوانات المتطورة بأعضاء متخصصة أو أجهزة تنفسية كاملة لتبادل الغازات. فمثلًا تتنفس الأسماك عبر الخياشيم، والحشرات والعناكب عبر القصبات الهوائية، في حين تتنفس الثدييات والطيور من خلال جهاز تنفسي متخصص.

التنفُّس الداخلي: هو العملية التي تشرح كيفية انتقال الغازات داخل جسم الكائن الحي بين الدم والأنسجة والخلايا. ففي الثدييات مثلًا، ينتشر الأكسجين داخل الحويصلات الهوائية وحتى الشعيرات الدموية، بينما يتّجِه ثاني أكسيد الكربون إلى الاتجاه المعاكس ليخرج من الجسم. بناءً على ذلك، فإنّ الدم المُحمّل بالأكسجين ينتقل من الشعيرات الدموية لينتشر في الأنسجة والخلايا. [4]

مراحل التنفس عند الكائنات الحية

• مرحلة تحلُّل الجلوكوز.
• أكسدة البيروفات.
• دورة كريبس.
• الفسفرة التأكسدية.

مرحلة تحلُّل الجلوكوز: هي أولى مراحل عملية التنفس الخلوي لكل الكائنات الحيّة، وتُعرف أيضًا باسم (تحلُّل السُكّر). يتم في هذه المرحلة تحويل الجلوكوز إلى حمض البيروفيك، ثم يتأكسد مُنتِجًا الماء وثاني أكسيد الكربون. ينتُج عن ذلك جزيئين كربون (أسيتيل CoA) والطاقة ATP و NADH. بينما تحدث أكسدة البيروفات في الميتوكوندريا خلال دورة كريبس.

أكسدة البيروفات: هي مرحلة تأكسد البيروفات في التنفس الهوائي، والتي تُطلِق الكائنات من خلالها الطاقة المخزّنة. يتم أكسدة أسيتيل CoA إلى ثاني أكسيد الكربون وطاقة كيميائية ATP، بينما تدخل جزيئات البيروفات في الميتوكوندريا متحوِّلةً إلى جزيء ثنائي الكربون. ينتُج عن التفاعل ثانويًا ثاني أكسيد الكربون و NADH.

دورة كريبس: تُعرف باسم (دورة حمض الستريك) أو (دورة حمض ثلاثي الكربوكسيل)، والتي تستلزم وجود الأكسجين. يتم نقل الإلكترونات الناتجة عن FADH2 و NADH إلى المسار التالي لحدوث الأكسدة، حيثُ يتم إطلاق جزيئين من ATP. تُعتبر دورة كريبس دورة مغلقة يتم إعادتها بالوصول للخطوة الأخيرة. بناءً على ذلك، فإنّه يتم خلق تدرُّج كهروكيميائي نتيجة الإلكترونات المتوِّلدة في الميتوكوندريا.

الفسفرة التأكسدية: تُطلق المركبات الناتجة من دورة كريبس (NADH + FADH2) إلكترونات تحملها ناقلات الإلكترون إلى الأكسجين. وبتحرُّك الإلكترونات أسفل سلسلة نقل الإلكترون في الميتوكوندريا، تُطلَق الطاقة ATP والتي تقوم بضخ البروتونات وتكوين تدرُّج. وتُعتبر هذه المرحلة الأخيرة من التنفس الخلوي. [5]

أنماط تنفس غريبة في بعض الكائنات الحية

• سلحفاة نهر فيتزروي في أستراليا.
• التماسيح.
• الطيور.

سلحفاة نهر فيتزروي في أستراليا: رغم أنّ السلاحف تتنفس من خلال الرئتين، إلّا أنّ هذا النوع من السلاحف يملك وسيلة إضافية للتنفس. يُمكن لهذه السلاحف البقاء تحت الماء لما يقرب من 72 على الأقل بفضل استخدامها حليمات صغيرة متخصصة في مؤخراتها تعمل على امتصاص الأكسجين من الماء. اشتهرت هذه السلاحف بكونِها الحيوان الذي يتنفس من مؤخرته.

التماسيح: رغم أنّ قلب التمساح صغير الحجم للغاية، إلّا أنّ رئتيه أكثر ضخامة، والعجيب في الأمر أنّ رئتيه ترتبطان بالقلب بصورة معقدة. بجانب الرئتين، تستطيع التماسيح أن تتنفس أيضًا عن طريق ضربات القلب. حيثُ يُمكن لكل نبضة قلبية أن تسحب الرئتين بقوة، ما يُثير الهواء داخلهما فيتوزّع بفاعلية إلى مناطق أكثر في الجسم، خاصةً في حالة حبس أنفاسه.

الطيور: تتنفس الطيور من خلال الرئتين بينما تمتلئ أجسادها الصغيرة بالأكياس الهوائية في كل مكان. عبر دائرة مغلقة تتصل الأكياس الهوائية بالرئتين، أي أنّ الهواء الذي تتنفسه لا يدخل ويخرج مجددًا، بل يتدفّق خلال أنابيب أحادية الاتجاه. تُعتبر طريقة التنفس أحادية الاتجاه هذه أكثر فاعلية للطيور. [6]

يسرا جمال