تنفس آبششی؛ تبادل گاز از طریق آبشش‌ها

تنفس آبششی: شگفتی‌های مبادله گاز در آب

آبشش چیست و چگونه کار می‌کند؟

آبشش‌ها اندام‌های تنفسی هستند که در بسیاری از جانداران آبزی یافت می‌شوند. آن‌ها مانند شش‌های ما عمل می‌کنند، اما برای زندگی در آب طراحی شده‌اند. هر آبشش از ساختارهای نازک و رشته‌ای زیادی به نام فیلامنت^۳ تشکیل شده است. روی هر فیلامنت نیز ساختارهای کوچک‌تری به نام لاملا^۴ وجود دارد. این طراحی، سطح تماس بسیار زیادی را با آب فراهم می‌آورد تا تبادل گازها به بهترین شکل ممکن انجام شود.

ماهی با باز کردن دهانش و بستن پوشش آبششی^۵، آب را به داخل حفرهٔ دهان می‌مکند. سپس با بستن دهان و باز کردن پوشش آبششی، آب را از میان آبشش‌ها به خارج می‌راند. این جریان مداوم آب، که به آن تهویه می‌گویند، همیشه آب تازه و پراکسیژن را در تماس با سطح آبشش‌ها نگه می‌دارد.

مکانیسم تبادل گاز: از آب به خون

وقتی آب از روی لاملاهای پر از مویرگ خونی عبور می‌کند، یک مبادلهٔ مهم اتفاق می‌افتد. غلظت اکسیژن در آب بیشتر از خون درون مویرگ‌ها است. بنابراین، مولکول‌های اکسیژن از طریق دیوارهٔ نازک لاملاها منتشر شده و وارد جریان خون می‌شوند. در همین حال، غلظت دی‌اکسید کربن که یک مادهٔ زائد است، در خون بیشتر از آب است. پس مولکول‌های CO₂ از خون خارج شده و به داخل آب منتشر می‌شوند تا توسط جریان آب از بدن جاندار دور شوند.

این فرآیند را می‌توان به صورت زیر نشان داد:

$O_2 (Water) \rightarrow O_2 (Blood)$

$CO_2 (Blood) \rightarrow CO_2 (Water)$

تنوع و سازگاری‌های شگفت‌انگیز

همهٔ آبزیان به یک شکل تنفس نمی‌کنند. آبشش‌ها در گونه‌های مختلف، بسته به محیط زندگی و نیازهایشان، سازگاری‌های جالبی پیدا کرده‌اند. برای مثال، ماهی‌های فعال و سریع مانند کوسهها و تنها، برای تأمین اکسیژن مورد نیاز عضلات قدرتمند خود، باید آب زیادی را از آبشش‌های خود عبور دهند. بنابراین، آن‌ها به طور دائم در حال شنا کردن هستند تا جریان آب از دهان به سمت آبشش‌ها برقرار بماند. به این روش تهویهٔ رمّی^۶ می‌گویند.

از طرف دیگر، برخی موجودات مانند میگوها، آبشش‌هایی دارند که در پایه‌های پاهایشان قرار گرفته است. آن‌ها با تکان دادن پاهای خود، جریان آب را برقرار می‌کنند. حتی برخی از دوزیستان مانند سمندرهای آبی در جوانی دارای آبشش‌های بیرونی پرمانند هستند که بعد از تبدیل شدن به جانور بالغ و ترک آب، ناپدید می‌شوند.

اشتباهات رایج و پرسش‌های مهم

پاورقی

^۱ تنفس آبششی (Branchial Respiration): تنفسی که در آن تبادل گازها توسط آبشش انجام می‌شود.
^۲ انتشار (Diffusion): حرکت ذرات از ناحیه‌ای با غلظت بالا به ناحیه‌ای با غلظت پایین.
^۳ فیلامنت (Filament): ساختارهای نخ-like که واحدهای اصلی تشکیل‌دهندهٔ آبشش هستند.
^۴ لاملا (Lamella): صفحه‌های نازک و پر از مویرگ روی فیلامنت‌ها که سطح تبادل گاز را بسیار افزایش می‌دهند.
^۵ پوشش آبششی (Operculum): صفحه‌ای استخوانی یا غضروفی که از آبشش‌هایبیشترینماهی‌ها محافظت می‌کند.
^۶ تهویهٔ رمّی (Ram Ventilation): روشی برای تنفس که در آن جاندار با شنا کردن و باز نگه داشتن دهانش، آب را به اجبار از میان آبشش‌ها عبور می‌دهد.
^۷ تصفیه‌گاه (Exchange System): سیستمی که در آن موادی (مانند گازها) بین دو محیط مبادله می‌شوند.