تنفس پوستی: شگفتی تبادل گاز در طبیعت
تنفس پوستی چیست و چگونه کار می‌کند؟
همهٔ موجودات زنده برای زنده ماندن به اکسیژن نیاز دارند و باید دی‌اکسید کربن تولید شده در بدن خود را خارج کنند. ما انسان‌ها این کار را در درجه اول با استفاده از شش‌های خود انجام می‌دهیم. اما برخی جانوران روش دیگری دارند: آن‌ها از طریق پوست نازک و مرطوب خود تنفس می‌کنند. به این فرآیند تنفس پوستی1 می‌گویند.
برای اینکه این نوع تنفس ممکن شود، پوست باید ویژگی‌های خاصی داشته باشد: باید نازک باشد تا گازها به راحتی از آن عبور کنند، مرطوب باشد زیرا گازها اول باید در آب حل شوند تا بتوانند منتقل شوند، و پر از مویرگ‌های خونی4 باشد تا تبادل گازها با خون به سرعت انجام شود.
کدام جانوران از پوست خود تنفس می‌کنند؟
تنفس پوستی در میان بیمهرگان6 و مهره‌داران7 مختلفی دیده می‌شود. در جدول زیر می‌توانید برخی از معروف‌ترین مثال‌ها را ببینید:
| نام جانور | گروه | نقش تنفس پوستی |
|---|---|---|
| کرم خاکی | کرم‌های حلقوی | تنها روش تنفس |
| قورباغه (بالغ) | دوزیستان | مکمل تنفس ریوی، به ویژه در زمستان‌خوابی |
| سمندر | دوزیستان | نقش بسیار مهم، گاهی اصلی‌ترین روش |
| بعضی از ماهی‌ها | ماهی‌ها | مکمل تنفس آبششی |
مطالعه‌ای دقیق‌تر: تنفس در کرم خاکی
کرم خاکی یک مثال کلاسیک و عالی برای تنفس پوستی است. آن‌ها اصلاً شش یا آبشش ندارند و تمام تبادل گازهای تنفسی خود را از طریق پوست انجام می‌دهند.
پوست کرم خاکی همیشه مرطوب و لزج است. این رطوبت توسط ماده‌ای مخاطی که از بدنش ترشح می‌شود، تأمین می‌گردد. اگر پوست یک کرم خاکی خشک شود، دیگر نمی‌تواند تنفس کند و خواهد مرد. به همین دلیل است که آن‌ها در خاک مرطوب زندگی می‌کنند و فقط شب‌ها یا بعد از باران به سطح زمین می‌آیند. درست زیر پوست آن‌ها، شبکه‌ای غنی از مویرگ‌های خونی وجود دارد که اکسیژن حل شده در لایهٔ مخاطی را جذب کرده و دی‌اکسید کربن را دفع می‌کند.
نقش حیاتی تنفس پوستی در زندگی دوزیستان
دوزیستان، مانند قورباغه و سمندر، زندگی دوگانه‌ای دارند: هم در آب و هم در خشکی. آن‌ها معمولاً چندین روش تنفسی مختلف دارند (مثلاً آبشش در دوران لاروی، شش و پوست در دوران بلوغ). تنفس پوستی برای آن‌ها فوق‌العاده مهم است.
یک قورباغهٔ بالغ می‌تواند از طریق شش‌هایش تنفس کند، اما پوستش نیز سهم بسیار بزرگی در تبادل گازها دارد. تخمین زده می‌شود که در برخی گونه‌ها، تا 90% تبادل اکسیژن و 70% دفع دی‌اکسید کربن از طریق پوست انجام می‌شود! این توانایی به قورباغه اجازه می‌دهد برای مدت طولانی زیر آب بماند. همچنین در طول زمستان‌خوابی8، زمانی که قورباغه در کف برکه به خواب می‌رود و متابولیسم بدنش بسیار کند می‌شود، تنفس پوستی تنها راه نجات او برای دریافت اکسیژن از آب است.
اشتباهات رایج و پرسش‌های مهم
پاسخ: خیر. پوست انسان برای این کار مناسب نیست. پوست ما نسبتاً ضخیم و خشک است و لایه‌های شاخی مرده روی آن وجود دارد که مانع از عبور موثر گازها می‌شود. تنها مقدار بسیار ناچیزی از تبادل گاز (کمتر از 1%) از طریق پوست صورت می‌گیرد که برای زنده ماندن کافی نیست.
پاسخ: زیرا گازهای اکسیژن و دی‌اکسید کربن اول باید در یک مایع (آب) حل شوند تا بتوانند از طریق غشاهای سلولی (پوست) منتقل شوند. پوست خشک مانعی غیرقابل نفوذ در برابر این انتقال ایجاد می‌کند.
پاسخ: این موضوع به اندازه و نیاز متابولیک جانور بستگی دارد. برای موجودات کوچک با نرخ سوخت و ساز پایین مانند کرم خاکی، بله کافی است. اما برای موجودات بزرگ‌تر و پرتحرک‌تر که به اکسیژن زیادی نیاز دارند (مانند یک پستاندار)، تنفس پوستی به تنهایی هرگز نمی‌تواند نیازهای بدن را برطرف کند و باید با اندام‌های تنفسی کارآمدتری مانند شش همراه شود.
پاورقی
1 تنفس پوستی (Cutaneous Respiration)
2 کرم خاکی (Earthworm)
3 دوزیستان (Amphibians)
4 مویرگ‌های خونی (Blood Capillaries)
5 پخش (Diffusion)
6 بیمهرگان (Invertebrates)
7 مهره‌داران (Vertebrates)
8 زمستان‌خوابی (Hibernation)