تبادل گازها: نفس کشیدن جانداران
تبادل گازها چیست و چرا مهم است؟
همهٔ ما نفس می‌کشیم. وقتی نفس می‌کشیم، هوایی را به داخل بدنمان می‌فرستیم که حاوی گازی به نام اکسیژن۲ است. بدن ما برای زنده ماندن به این اکسیژن نیاز دارد. در عوض، گاز دیگری به نام دی‌اکسیدکربن۳ که برای بدن سمی و بی‌فایده است، از بدن خارج می‌شود. به این عمل تبادل گازها می‌گویند. این فرآیند آنقدر مهم است که اگر برای چند دقیقه متوقف شود، جاندار می‌میرد. فکر کنید وقتی شمعی را زیر یک لیوان شیشه‌ای قرار می‌دهید، پس از چند لحظه خاموش می‌شود. دلیل آن این است که اکسیژن موجود در هوای زیر لیوان تمام شده است. جانداران نیز برای سوخت‌وساز۴ و تولید انرژی به اکسیژن نیاز دارند.
انواع اندام‌های تنفسی در جانداران
جانداران مختلف، بسته به محیط زندگی‌شان، از اندام‌های متفاوتی برای تبادل گازها استفاده می‌کنند. این اندام‌ها سطح تماس زیادی با محیط دارند تا گازها به راحتی وارد و خارج شوند. در جدول زیر، برخی از این اندام‌ها و ویژگی‌های آن‌ها آورده شده است:
| نام جاندار | اندام تنفسی | محیط زندگی | مثال |
|---|---|---|---|
| انسان، پستانداران | شش۵ | هوا | نفس کشیدن سگ و گربه |
| ماهی‌ها | آبشش۶ | آب | باز و بسته شدن آبشش‌های ماهی قرمز |
| حشرات | سوراخ‌های تنفسی (روزنه)۷ | هوا | کرم خاکی |
| گیاهان | روزنه۸ (در برگ) | هوا | تخم‌مرغی شدن برگ در نور شدید |
تبادل گازها در گیاهان: هم تولید و هم مصرف!
گیاهان نیز مانند جانوران نفس می‌کشند و در طول شب، زمانی که نور خورشید وجود ندارد، اکسیژن را جذب و دی‌اکسیدکربن را دفع می‌کنند. اما در طول روز، یک فرآیند فوق‌العاده به نام فتوسنتز۹ انجام می‌دهند. در فتوسنتز، گیاهان از انرژی نور خورشید، آب و دی‌اکسیدکربن هوا استفاده می‌کنند تا غذا (قند) تولید کنند و در این فرآیند، اکسیژن آزاد می‌کنند. بنابراین، گیاهان در روز هم اکسیژن تولید می‌کنند و هم برای تنفس خودشان از اکسیژن استفاده می‌کنند، اما مقدار اکسیژن تولیدی بسیار بیشتر است. به همین دلیل است که وجود گیاهان و درختان برای هوای کرهٔ زمین حیاتی است.
یک آزمایش ساده برای درک تبادل گازها
می‌توانید یک آزمایش کوچک و بی‌خطر در خانه انجام دهید تا تبادل گازها را به خوبی ببینید. یک لیوان شیشه‌ای بردارید و یک شمع روشن را داخل آن قرار دهید. سپس درب لیوان را ببندید. چه اتفاقی می‌افتد؟ پس از چند ثانیه، شمع خاموش می‌شود. چرا؟ زیرا شمع برای سوختن به اکسیژن هوا نیاز دارد. وقتی درب لیوان بسته است، اکسیژن محدود داخل لیوان تمام می‌شود و شمع خاموش می‌گردد. این آزمایش به خوبی نشان می‌دهد که سوختن (مصرف اکسیژن) و تولید دی‌اکسیدکربن چگونه است. تنفس ما نیز یک نوع سوختن کند در سطح سلول‌هاست.
اشتباهات رایج و پرسش‌های مهم
پاسخ: بله. در شب که نور خورشید برای فتوسنتز وجود ندارد، گیاهان فقط عمل تنفس را انجام می‌دهند. در تنفس، مانند جانوران، اکسیژن مصرف و دی‌اکسیدکربن تولید می‌کنند.
پاسخ: وقتی نفس خود را حبس می‌کنیم، سطح اکسیژن در خون کم می‌شود و دی‌اکسیدکربن افزایش می‌یابد. بدن برای جبران این کمبود، سعی می‌کند با گشاد کردن رگ‌های خونی، خون بیشتری به بافت‌ها برساند. این گشاد شدن رگ‌ها در صورت، باعث قرمز شدن آن می‌شود. این یک علامت هشدار از طرف بدن است که بگوید "اکسیژن لازم است!"
پاسخ: بله، اما به شکلی متفاوت. اگر اکسیژن موجود در آب (مثلاً به دلیل آلودگی) کم شود، ماهی نمی‌تواند به اندازهٔ کافی اکسیژن از آب بگیرد و در واقع "خفه" می‌شود. به همین دلیل است که در آکواریوم از پمپ هوا استفاده می‌کنند تا اکسیژن آب را تأمین کند.
پاورقی
۱ تبادل گازها (Gas Exchange): فرآیند ورود اکسیژن به بدن و خروج دی‌اکسیدکربن از آن.
۲ اکسیژن (Oxygen): گازی حیاتی برای تنفس سلولی و تولید انرژی.
۳ دی‌اکسیدکربن (Carbon Dioxide): گازی که از سوختن مواد در سلول‌ها تولید و از بدن دفع می‌شود.
۴ سوخت‌وساز (Metabolism): مجموعه واکنش‌های شیمیایی در بدن موجودات زنده برای تولید انرژی و حفظ زندگی.
۵ شش (Lung): اندام تنفسی در پستانداران، پرندگان و خزندگان که در قفسهٔ سینه قرار دارد.
۶ آبشش (Gill): اندام تنفسی ماهی‌ها و برخی دوزیستان که اکسیژن را مستقیماً از آب می‌گیرد.
۷ سوراخ‌های تنفسی یا روزنه (Spiracles): منافذ کوچک در بدن حشرات که هوا از طریق آن‌ها به دستگاه تنفسی منتقل می‌شود.
۸ روزنه (Stomata): منافذ بسیار ریز روی سطح برگ گیاهان که تبادل گازها و بخار آب از طریق آن‌ها انجام می‌شود.
۹ فتوسنتز (Photosynthesis): فرآیند ساخت غذا در گیاهان سبز با استفاده از نور، آب و دی‌اکسیدکربن.
