La respirazione degli anfibi

Gli anfibi hanno sviluppato diversi modi di respirare. I giovani anfibi, come i girini, usano le branchie per respirare, e non lasciano l’acqua. Alcuni anfibi conservano le branchie per tutta la vita. Quando il girino cresce, le branchie scompaiono e crescono i polmoni. Questi polmoni sono primitivi e non così evoluti come quelli dei mammiferi. Gli anfibi adulti mancano o hanno un diaframma ridotto, quindi la respirazione tramite i polmoni è forzata. L’altro mezzo di respirazione degli anfibi è la diffusione attraverso la pelle. Per favorire questa diffusione, la pelle degli anfibi deve rimanere umida.

La respirazione aviaria

Gli uccelli affrontano una sfida unica per quanto riguarda la respirazione: volano. Volare consuma una grande quantità di energia, quindi gli uccelli hanno bisogno di molto ossigeno per aiutare i loro processi metabolici. Gli uccelli hanno sviluppato un sistema respiratorio che fornisce loro l’ossigeno necessario per consentire il volo. Come i mammiferi, gli uccelli hanno polmoni, che sono organi specializzati per lo scambio di gas. L’aria ossigenata, presa durante l’inalazione, si diffonde attraverso la superficie dei polmoni nel flusso sanguigno, e l’anidride carbonica si diffonde dal sangue nei polmoni e viene espulsa durante l’espirazione. I dettagli della respirazione tra uccelli e mammiferi differiscono sostanzialmente.

Oltre ai polmoni, gli uccelli hanno sacche d’aria all’interno del corpo. L’aria scorre in una direzione dai sacchi d’aria posteriori ai polmoni e fuori dai sacchi d’aria anteriori. Il flusso d’aria è in direzione opposta al flusso di sangue, e lo scambio di gas avviene in modo molto più efficiente. Questo tipo di respirazione permette agli uccelli di ottenere l’ossigeno necessario, anche ad altitudini più elevate dove la concentrazione di ossigeno è bassa. Questa direzionalità del flusso d’aria richiede due cicli di aspirazione ed espirazione per far uscire completamente l’aria dai polmoni.

Gli uccelli: Respirazione e volo

Gli uccelli hanno sviluppato un sistema respiratorio che permette loro di volare. Volare è un processo ad alta energia e richiede molto ossigeno. Inoltre, molti uccelli volano ad alta quota dove la concentrazione di ossigeno è bassa. Come hanno fatto gli uccelli ad evolvere un sistema respiratorio così unico?

Decenni di ricerche dei paleontologi hanno dimostrato che gli uccelli si sono evoluti dai terapodi, dinosauri carnivori (Figura 1). Infatti, le prove fossili mostrano che i dinosauri carnivori vissuti più di 100 milioni di anni fa avevano un simile sistema respiratorio a flusso, con polmoni e sacche d’aria. Archaeopteryx e Xiaotingia, per esempio, erano dinosauri volanti e sono ritenuti i primi precursori degli uccelli.

La maggior parte di noi considera i dinosauri estinti. Tuttavia, gli uccelli moderni sono discendenti dei dinosauri aviari. Il sistema respiratorio degli uccelli moderni si è evoluto per centinaia di milioni di anni.

Figura 1. I dinosauri, da cui discendono gli uccelli, hanno simili ossa cave e si ritiene che abbiano avuto un sistema respiratorio simile. (credito b: modifica del lavoro di Zina Deretsky, National Science Foundation)

La respirazione dei mammiferi

Tutti i mammiferi hanno polmoni che sono i principali organi di respirazione. La capacità dei polmoni si è evoluta per sostenere le attività dell’animale. Durante l’inspirazione, i polmoni si espandono con l’aria, e l’ossigeno si diffonde attraverso la superficie del polmone ed entra nel flusso sanguigno. Durante l’espirazione, i polmoni espellono l’aria e il volume polmonare diminuisce. Nelle prossime sezioni, verrà spiegato il processo della respirazione umana.

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