Branchie: caratteristiche, funzioni, tipi e importanza
Le branchie o branchie sono gli organi respiratori degli animali acquatici, hanno la funzione di svolgere lo scambio di ossigeno dell'individuo con l'ambiente. Si manifestano da forme molto semplici negli invertebrati, a strutture complesse evolute nei vertebrati, costituite da migliaia di lamelle specializzate situate all'interno di una cavità branchia ventilata da un flusso continuo di acqua.
Le cellule richiedono energia per funzionare, questa energia è ottenuta dalla rottura di zuccheri e altre sostanze nel processo metabolico chiamato respirazione cellulare. Nella maggior parte delle specie, l'ossigeno presente nell'aria viene utilizzato come energia e l'anidride carbonica viene espulsa come rifiuto.
Gli ambienti acquatici hanno meno ossigeno degli ambienti terrestri e la diffusione dell'ossigeno è più lenta rispetto all'aria. La quantità di ossigeno disciolto nell'acqua viene ridotta all'aumentare della temperatura e la corrente diminuisce.
Le specie meno evolute non richiedono strutture respiratorie specializzate per soddisfare le loro funzioni di base. Tuttavia, nei più grandi è vitale avere sistemi di scambio più complessi, in modo che possano coprire adeguatamente i loro bisogni metabolici.
Le branchie si trovano negli invertebrati e nei vertebrati, possono essere sotto forma di filo, laminare o arborescente dotato di molti capillari, li osserviamo anche internamente o esternamente.
Ci sono animali che vivono nell'area del litorale, come molluschi e granchi, che sono in grado di respirare attivamente con le branchie nell'acqua e nell'aria, a patto che rimangano umidi. A differenza del resto degli organismi acquatici, che soffocano quando lasciano l'acqua nonostante l'abbondanza di ossigeno disponibile.
Caratteristiche generali
La quantità di ossigeno presente nell'aria è di circa il 21%, mentre in acqua è dissolta solo in proporzione dell'1%. Questa variazione costrinse gli organismi acquatici a creare strutture come le branchie, destinate esclusivamente all'estrazione di ossigeno.
Le branchie possono diventare così efficaci da raggiungere l'80% di velocità di estrazione dell'ossigeno, tre volte superiore a quella che si verifica nei polmoni umani dall'aria.
Varietà di organismi acquatici
Questi organi respiratori sviluppati in una grande varietà di organismi acquatici, possiamo trovare diversi tipi di branchie in molluschi, vermi, crostacei, echinodermi, pesci e persino rettili in alcune fasi del loro ciclo di vita.
Varietà di forme
Di conseguenza, variano notevolmente per forma, dimensione, posizione e origine, determinando adattamenti specifici per ciascuna specie.
Per gli animali acquatici più evoluti, l'aumento delle dimensioni e della mobilità ha determinato una maggiore richiesta di ossigeno. Una delle soluzioni a questo problema era l'aumento dell'area delle branchie.
I pesci, per esempio, hanno un alto numero di pieghe che vengono tenute separate l'una dall'altra dall'acqua. Questo dà loro una grande superficie di scambio del gas, che consente loro di raggiungere la massima efficienza.
Organi sensibili
Le branchie sono organi molto sensibili, suscettibili di lesioni fisiche e malattie causate da parassiti, batteri e funghi. Per questo motivo si ritiene generalmente che le branchie meno evolute siano di tipo esterno.
ferita
Nei pesci ossei, le branchie che si trovano ad alte concentrazioni di inquinanti chimici come metalli pesanti, solidi sospesi e altre sostanze tossiche, subiscono danni morfologici o lesioni chiamate edema.
Questi causano la necrosi del tessuto branchiale e nei casi gravi possono persino causare la morte dell'organismo alterando la respirazione.
A causa di questa caratteristica, le branchie di pesce sono spesso utilizzate dagli scienziati come importanti biomarcatori di contaminazione in ambienti acquatici.
funzioni
La funzione principale delle branchie, sia per gli organismi invertebrati che per i vertebrati, è quella di effettuare il processo di scambio gassoso dell'individuo con l'ambiente acquatico.
Poiché la disponibilità di ossigeno è inferiore in acqua, gli animali acquatici devono lavorare di più per catturare un certo volume di ossigeno, il che rappresenta una situazione interessante, poiché significa che gran parte dell'ossigeno ottenuto sarà utilizzato nuovamente nella ricerca. ossigeno.
L'uomo utilizza dall'1 al 2% del suo metabolismo quando è a riposo per raggiungere la ventilazione dei polmoni, mentre il pesce a riposo richiede circa il 10-20% per effettuare la ventilazione delle branchie.
Le branchie possono anche sviluppare funzioni secondarie in alcune specie, ad esempio, in alcuni molluschi questi sono stati modificati per contribuire alla cattura del cibo, poiché sono organi che filtrano continuamente l'acqua.
In diversi crostacei e pesci, eseguono anche la regolazione osmotica della concentrazione di sostanze disponibili nell'ambiente in relazione al corpo, trovando casi in cui sono responsabili dell'espulsione di elementi tossici.
In ogni tipo di organismo acquatico le branchie hanno un funzionamento particolare, che dipende dal grado di evoluzione e dalla complessità del sistema respiratorio.
Come funzionano?
In generale, le branchie funzionano come filtri che intrappolano l'ossigeno O 2 che si trova nell'acqua, essenziale per adempiere alle sue funzioni vitali ed espellere CO2 di biossido di carbonio dai rifiuti presenti nel corpo.
Per ottenere questa filtrazione è necessario un flusso costante di acqua, che può essere prodotto dai movimenti delle branchie esterne nei vermi, dai movimenti dell'individuo eseguiti dagli squali o pompando le opercole nel pesce ossuto.
Lo scambio di gas avviene per diffusione per contatto tra acqua e fluido ematico contenuto nelle branchie.
Il sistema più efficiente è chiamato flusso controcorrente, dove il sangue che scorre attraverso i capillari branchiali viene a contatto con acqua ricca di ossigeno. Viene prodotto un gradiente di concentrazione che consente l'ingresso di ossigeno attraverso le piastre branchiali e la loro diffusione nel fluido sanguigno, nello stesso momento in cui l'anidride carbonica si diffonde all'esterno.
Se l'acqua e il flusso sanguigno si trovavano nella stessa direzione, non sarebbe possibile raggiungere gli stessi livelli di assorbimento di ossigeno, poiché le concentrazioni di questo gas si compenserebbero rapidamente lungo le membrane delle branche.
Tipi (esterni e interni)
Le branchie possono apparire nella parte esterna o interna dell'organismo. Questa differenziazione è una conseguenza principalmente del grado di evoluzione, del tipo di habitat in cui si sviluppa e delle caratteristiche particolari di ogni specie.
Branchie esterne
Le branchie esterne si osservano per lo più in specie meno evolute di invertebrati, e temporaneamente nelle prime fasi di sviluppo dei rettili, in quanto li perdono dopo aver subito la metamorfosi.
Essendo in contatto diretto con l'ambiente esterno, sono in genere molto sensibili e possono facilmente essere influenzati da fattori ambientali avversi, come la scarsa qualità dell'acqua o dalla presenza di sostanze tossiche.
Se le branchie sono danneggiate, è molto probabile che si verifichino infezioni batteriche, parassitarie o fungine, che a seconda della gravità possono portare alla morte.
Branchie interne
Le branchie interne, poiché sono più efficienti delle branchie esterne, si trovano in organismi acquatici più grandi, ma hanno diversi livelli di specializzazione a seconda dell'evoluzione della specie.
Questi si trovano solitamente in telecamere che li proteggono, ma hanno bisogno di correnti che permettano loro di avere un contatto costante con l'ambiente esterno per conformarsi allo scambio di gas.
Il pesce ha anche sviluppato coperture calcaree chiamate opercoli che svolgono la funzione di proteggere le branchie, agiscono come porte che limitano il flusso dell'acqua e pompano anche l'acqua.
importanza
Le branchie sono fondamentali per la sopravvivenza degli organismi acquatici, perché svolgono un ruolo indispensabile per la crescita delle cellule.
Oltre a respirare ed essere una parte fondamentale del sistema circolatorio, possono contribuire all'alimentazione di alcuni molluschi, funzionano come sistemi escretivi di sostanze tossiche e regolano diversi ioni in organismi evoluti come pesci.
Studi scientifici dimostrano che le persone che hanno subito danni al sistema respiratorio branchiale, hanno uno sviluppo più lento e sono più piccole, sono più inclini alle infezioni e, a volte gravi lesioni, possono verificarsi fino alla morte.
Le branchie hanno raggiunto adattamenti agli habitat e alle condizioni ambientali più diverse, consentendo la creazione di vita in ecosistemi praticamente anossici.
Il livello di specializzazione delle branchie è direttamente correlato alla fase evolutiva della specie e sono sicuramente il modo più efficiente per ottenere ossigeno nei sistemi acquatici.
