تنفس پوستی: رازی در پوشش نازک و مرطوب دوزیستان
دوزیستان چه موجوداتی هستند؟
دوزیستان جانورانی هستند که زندگی خود را معمولاً در آب آغاز میکنند و پس از دگردیسی3، میتوانند در خشکی نیز زندگی کنند. قورباغه، وزغ، سمندر و سیسیلین4 از معروفترین دوزیستان هستند. آنها خونسردند و دمای بدنشان با محیط تغییر میکند. یکی از مهمترین ویژگیهای آنها، داشتن پوستی خاص است که به آنها امکان تنفس پوستی را میدهد. برای درک بهتر، جدول زیر گروههای اصلی دوزیستان را نشان میدهد.
| نام گروه | مشخصات اصلی | نمونه آشنا | نقش تنفس پوستی |
|---|---|---|---|
| بیدمها بیشترین وابستگی |
بالغها بدون دم، پاهای عقب بلند برای پریدن. لارو5 آنها (بچه قورباغه) در آب زندگی میکند. | قورباغه معمولی، وزغ | بسیار حیاتی، به خصوص در زمستان زیر آب |
| دمدارها | در تمام عمر دم دارند، بدن کشیده و شباهت به مارمولک. برخی همیشه در آب زندگی میکنند. | سمندر آتشین، سمندر خالدار | حیاتی، به ویژه برای گونههای آبزی و در مراحل لاروی |
| بیپاها | بدون دست و پا، بدن کرممانند و اغلب زیرزمینی. | سیسیلین | نقش اصلی در تنفس به دلیل زندگی در محیطهای مرطوب |
پوست دوزیستان چه ویژگیهای منحصربهفردی دارد؟
پوست ما انسانها چند لایه ضخیم دارد و عموماً خشک است، بنابراین نمیتواند برای تنفس استفاده شود. اما پوست دوزیستان مانند یک پوشش نازک، نرم و اسفنجی است. دو ویژگی کلیدی آن را برای تنفس مناسب میکند:
۱. نازک بودن و پرخونی: پوست آنها بسیار نازک است و درست زیر آن شبکهای متراکم از مویرگهای خونی6 قرار دارد. این مویرگها رگهای خونی بسیار باریکی هستند که تبادل گازها را آسان میکنند. فاصلهٔ بین هوای بیرون (یا آب) و جریان خون، بسیار کم است.
۲. مرطوب بودن: پوست دوزیستان غدههای مخاطی7 زیادی دارد که دائماً مادهای لزج و مرطوب ترشح میکنند. این رطوبت دو وظیفه دارد: اول، اکسیژن و دیاکسید کربن برای حل شدن و عبور از غشای سلولی8 نیاز به یک محیط مرطوب دارند (مثل این که برای نفس کشیدن در آب، باید اکسیژن در آب حل شود). دوم، پوست را از خشک شدن محافظت میکند، زیرا خشک شدن پوست مساوی با مرگ برای دوزیستان است.
گازها چگونه از پوست رد و بدل میشوند؟
فرآیند تنفس پوستی بر پایهٔ انتشار9 است. در این پدیده، مولکولهای گاز از جایی که غلظت10 بیشتری دارند به جایی که غلظت کمتری دارند حرکت میکنند؛ دقیقاً مثل بوی عطری که در یک گوشهٔ اتاق باز شود و به تدریج در همهٔ اتاق پخش میشود.
- ورود اکسیژن: وقتی دوزیست در آب یا هوای مرطوب است، غلظت اکسیژن ($O_2$) در بیرون پوست بیشتر از داخل خون مویرگهاست. بنابراین، مولکولهای اکسیژن در رطوبت پوست حل میشوند، از لایهٔ نازک پوست میگذرند و وارد جریان خون میشوند.
- خروج دیاکسید کربن: برعکس، غلظت دیاکسید کربن ($CO_2$) که یک مادهٔ زائد تنفسی است، در خون بیشتر از محیط بیرون است. پس مولکولهای $CO_2$ از خون خارج شده، از پوست عبور کرده و به محیط پس داده میشوند.
این تبادل را میتوان به صورت زیر خلاصه کرد:
$CO_2 (خون\ با\ غلظت\ بالا) \rightarrow پوست \rightarrow محیط$
یک کاربرد عملی: زمستانگذرانی زیر یخ!
یکی از جالبترین مثالهای تنفس پوستی در زمستان اتفاق میافتد. بسیاری از قورباغهها زمستان را در کف برکهها یا جویبارها، جایی که آب کاملاً یخ نمیزند، میخوابند (زمستانخوابی11). در این حالت، متابولیسم12 بدن آنها بسیار کند میشود و نیازی به نفس کشیدن با شش ندارند. در عوض، تمام اکسیژن مورد نیاز خود را مستقیماً از آبی که در آن غوطهورند، از طریق پوست نازک و مرطوبشان جذب میکنند. اگر پوست آنها خشک بود یا ضخیم بود، این کار غیرممکن میشد و خفه میشدند. پس این پوست، یک وسیلهٔ بقای فوقالعاده در شرایط سخت است.
حتی در تابستان، وقتی یک قورباغه به مدت طولانی زیر آب میماند (مثلاً برای فرار از یک شکارچی)، بخش زیادی از تنفس خود را از طریق پوست انجام میدهد.
اشتباهات رایج و پرسشهای مهم
خیر. این یک اشتباه رایج است. بیشتر دوزیستان بالغ، علاوه بر تنفس پوستی، شش هم دارند و از آن استفاده میکنند. حتی برخی از طریق پوشش داخلی دهان نیز تنفس میکنند. نقش تنفس پوستی در گونههای مختلف و در شرایط گوناگون (مثل زیر آب یا در هوای مرطوب) متفاوت است. برای مثال، سمندرهای کوچک بدون شش13 کاملاً وابسته به پوست و پوشش دهان خود هستند.
دلایل اصلی دو مورد است: ۱) پوست خشک، مسدود میشود و دیگر نمیتواند تبادل گاز انجام دهد. در واقع مجرای تنفسی آنها بسته میشود. ۲) پوست نازک آنها برای حفظ آب بدن طراحی نشده است و در صورت خشک شدن، بدن آنها به سرعت آب از دست میدهد و دچار کمآبی14 مهلک میشود. به همین دلیل آنها همیشه نزدیک منابع رطوبت (برکه، زیر سنگهای مرطوب) زندگی میکنند.
خیر. پوست انسان برای این کار مناسب نیست زیرا: بسیار ضخیم است (چندین لایه سلول مرده روی سطح)، خشک است و مویرگهای خونی نزدیک به سطح در بیشتر قسمتهای بدن وجود ندارد. ما برای تبادل مؤثر گازها به وسعت زیاد ریهها نیاز داریم. البته مقدار بسیار ناچیزی تبادل گاز از طریق پوست صورت میگیرد که در مقایسه با نیاز بدن کاملاً ناچیز است.
پاورقی
1ششها (Lungs): اندامهای تنفسی اصلی در بسیاری از جانوران که تبادل گاز اکسیژن و دیاکسید کربن را انجام میدهند.
2سازگاری (Adaptation): ویژگیهای فیزیکی یا رفتاری که به یک موجود زنده کمک میکند بهتر در محیط خود زنده بماند و تولیدمثل کند.
3دگردیسی (Metamorphosis): تغییر شکل گسترده از مرحله لاروی (مثل بچه قورباغه) به شکل بالغ (قورباغه کامل).
4سیسیلین (Caecilian): گروهی از دوزیستان بیپا که شبیه کرمهای خاکی بزرگ یا مار هستند.
5لارو (Larva): شکل نابالغ و معمولاً کاملاً متفاوت یک جانور، قبل از دگردیسی به شکل بالغ. مثل بچه قورباغه.
6مویرگهای خونی (Blood Capillaries): رگهای خونی بسیار باریک که تبادل مواد (مانند گازها و مواد مغذی) بین خون و بافتها در آنها صورت میگیرد.
7غدههای مخاطی (Mucous Glands): غدههایی در پوست که مادهای لزج و مرطوب به نام مخاط ترشح میکنند.
8غشای سلولی (Cell Membrane): پوشش نازک و نیمهتراوا که اطراف هر سلول را فراگرفته و تبادل مواد را کنترل میکند.
9انتشار (Diffusion): حرکت خودبهخودی مولکولها از ناحیهای با غلظت بیشتر به ناحیهای با غلظت کمتر.
10غلظت (Concentration): مقدار یک ماده (مثلاً اکسیژن) در یک حجم معین از فضا (مثلاً هوا یا آب).
11زمستانخوابی (Hibernation): حالتی از کاهش شدید فعالیتهای بدن و متابولیسم در برخی جانوران برای گذراندن شرایط سرد زمستان.
12متابولیسم (Metabolism): مجموعهای از واکنشهای شیمیایی در بدن موجودات زنده که برای حفظ زندگی ضروری است.
13سمندرهای بدون شش (Lungless Salamanders): خانوادهای از سمندرها که فاقد شش هستند و تمام تبادل گازی را از طریق پوست و پوشش دهان انجام میدهند.
14کمآبی (Dehydration): از دست دادن بیش از حد آب بدن.
