Respirazione

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Introduzione

Respirazione Processo mediante il quale gli organismi si procurano ossigeno ed eliminano anidride carbonica. Questi gas vengono veicolati dal sangue ad appositi organi respiratori, a livello dei quali avviene uno scambio di gas con l’ambiente esterno. La funzione della respirazione è quella di apportare alle cellule l’ossigeno che, attraverso le reazioni della respirazione cellulare, permette la produzione di energia; mediante tale processo, l’organismo si libera di anidride carbonica che deriva dalla respirazione cellulare.

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Caratteristiche generali

Il passaggio dell’ossigeno all’interno degli organismi è basato sul fenomeno della diffusione, con il quale l’ossigeno passa da una zona in cui è più presente (precisamente, l’ambiente esterno, dove ha una pressione parziale maggiore) a una zona in cui è meno abbondante (l’organismo, in cui ha pressione parziale inferiore).

Per diffondere attraverso l’organismo, i gas devono trovarsi in soluzione: pertanto, le superfici respiratorie dei viventi devono essere mantenute umide, il che negli animali terrestri avviene mediante la produzione di un secreto mucoso che ricopre tali superfici (negli organismi acquatici, ciò non costituisce un problema). Inoltre, la quantità di gas che diffonde in un’unità di tempo è proporzionale alla superficie di scambio: di conseguenza, gli organismi pluricellulari possiedono strutture respiratorie spesso molto complesse, la cui forma permette di sviluppare ampie superfici nel minore spazio possibile, come le branchie di molti animali acquatici, i polmoni dei mammiferi, i parabronchi degli uccelli.

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Diffusione dell’ossigeno nei pluricellulari

La velocità con cui avviene la diffusione dell’ossigeno dall’esterno all’interno dell’organismo non è tale da rifornire adeguatamente tutte le cellule, nel caso di organismi pluricellulari di dimensioni che superano qualche millimetro. Perciò, molti animali hanno sviluppato forme e comportamenti che favoriscono lo scambio dei gas respiratori: ad esempio, i platelminti, anche quando raggiungono una certa lunghezza, hanno un corpo appiattito, che mantiene minima la distanza tra le cellule più interne e la superficie, e permette lo scambio di gas tra interno ed esterno per diffusione. Molti animali, invece, ventilano, cioè muovono ritmicamente alcune parti del corpo per favorire la formazione di un gradiente di ossigeno in entrata; si comportano in questo modo, ad esempio, i poriferi e i celenterati, nei quali esistono cellule dotate di ciglia che si muovono e creano correnti d’acqua.

Un’altra soluzione è quella di legare chimicamente l’ossigeno mediante particolari molecole, i pigmenti respiratori, e di trasportarlo a tutte le cellule dell’organismo. Ciò avviene negli animali che possiedono un fluido circolante (come il sangue nel caso dei mammiferi), in cui si trova il pigmento respiratorio: il fluido scorrendo arriva alle superfici di scambio dei gas (come i singoli alveoli dei polmoni nei mammiferi), mediante il pigmento “cattura” l’ossigeno e, quindi, lo porta ai vari distretti corporei. In alcuni molluschi, come polpi e calamari, e artropodi, si trova il pigmento emocianina; in vari gruppi animali, come gli anellidi, certi molluschi, gli insetti e tutti i vertebrati, si trova invece il pigmento emoglobina e, in alcuni di questi, anche il pigmento mioglobina. In alcuni invertebrati marini si trovano i pigmenti denominati emeritrina e clorocruorina.

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L’ambiente acquatico

Nell’ambiente acquatico gli organismi hanno più difficoltà a procurarsi ossigeno, rispetto a quelli che vivono nell’ambiente subaereo. In un litro di acqua vi è solo il 5% dell’ossigeno che si trova in un litro di aria; inoltre, l’acqua è un mezzo più denso dell’aria. L’ossigeno diminuisce nelle acque più ricche di sali e più calde; l’acqua dolce contiene più ossigeno di quella marina, così come le acque fredde contengono più ossigeno disciolto di quelle calde. L’azione del moto ondoso e la turbolenza dei torrenti favoriscono comunque l’ossigenazione delle acque. A causa di tali condizioni, molti animali acquatici, che si procurano l’ossigeno mediante ventilazione, devono spendere molta più energia degli animali terrestri.