E-bookการแลกเปลี่ยนแก๊สของสัตว์

เอกสารประกอบการสอน เรอื ง เปลียนแก๊สของสตั ว์ หน่วยการเรียนรู้เรือง ระบบหายใจ กล่มุ สาระการเรยนรู้วทยาศาสตร์และเทคโนโลยี biology by kru Panuwat

การแลกเปลยี่ นแกส๊ ของสัตว์ การแลกเปลยี่ นแก๊ส (Gas Exchange) หมายถงึ การนาออกซิเจนเข้ามาเพอ่ื ใช้ในกระบวนการหายใจระดับ เซลล์ (Cellular respiration) และนาเอาคารบ์ อนไดออกไซดท์ เี่ กดิ ขึน้ ออกนอกเซลล์ โดยการแลกเปลี่ยนแกส๊ จะเกิดข้นึ ผ่านพ้นื ผวิ ที่ใชใ้ นการแลกเปล่ียนแก๊ส (Respiratory surface) พืน้ ผวิ ที่ใชใ้ นการแลกเปล่ยี นแก๊ส(Respiratory surface) พื้นผวิ ท่ีใช้ในการแลกเปล่ียนแก๊ส ตอ้ งมีลกั ษณะ สาคัญ ดงั นี้ 1. บาง 2. มคี วามชุ่มชนื้ สงู 3. พืน้ ทผ่ี วิ มาก ทาไมรา่ งกายของสิ่งมีชวี ติ ต้องมกี ารหายใจ ? สง่ิ มชี วี ิตทกุ ชนดิ ต้องหายใจ จงึ จะคงมีชวี ติ อยู่ได้ การหายใจเป็นการเปลย่ี นอาหารให้เปน็ พลังงาน พลงั งานน้ที าให้อวัยวะตา่ งๆภายในร่างกายทางาน ทาใหส้ ามารถเคลื่อนไหวและทาส่ิงทจี่ าเป็นต่างๆ เพ่ือให้คง ดารงชีวติ อยไู่ ด้ 1.1 โครงสร้างและการแลกเปล่ยี นแกส๊ ของส่ิงมีชีวติ เซลลเ์ ดียว ส่งิ มีชีวิตท่ีอาศยั อยู่ในนา้ จะได้รับแกส๊ ออกซเิ จนซ่งึ ละลายอยู่ในน้า แพร่เข้าส่อู วยั วะหายใจได้ โดยตรง แกส๊ ออกซิเจนในนา้ มปี ริมาณ 0.446% เท่าน้ัน ซึง่ นอ้ ยกว่าในอากาศมากเพราะในอากาศมีถึง 21% นอกจากนี้การแพรข่ องแกส๊ ออกซิเจน ในนา้ กช็ า้ กวา่ ในอากาศมาก ดังนัน้ สตั วท์ ีอ่ าศยั อยู่ในนา้ จงึ ต้องทาให้นา้ ไหลผา่ นบรเิ วณท่มี ีการแลกเปลย่ี นแก๊สอย่างรวดเร็วเพื่อให้ไดแ้ ก๊สจานวนมากและ เพยี งพอต่อการดารงชีวิต ของส่งิ มชี วี ิตทอ่ี าศยั อยูใ่ นน้าได้ 1.1.1 โพรโทซัว (protozoa) โพรโทซวั เป็นโพรตสี ต์ที่มีเซลล์เดยี ว เช่น อะมีบา พารามเี ซยี ม จะใช้ ผวิ ลาตวั ในการแลกเปลยี่ นแก๊ส โดยการแพร่ (diffusion) ของแก๊สโดยตรง แกส๊ ออกซิเจนท่ีละลายอยู่ในน้าซึ่ง มีความเข้มข้นสงู กว่าในเซลล์ของโพรโทซวั จะแพรเ่ ข้าสเู่ ซลล์ ในขณะเดียวกันแกส๊ คาร์บอนไดออกไซด์ทเี่ กดิ ขนึ้ จากการหายใจภายในเซลล์ก็จะแพร่ออกสู่น้าท่ีอยู่ภายนอก เน่อื งจากในน้ามคี วามเขม้ ขน้ ของแก๊ส คารบ์ อนไดออกไซด์ต่ากว่าภายในเซลล์ของโพรโทซัวนน่ั เอง

1.2 โครงสรา้ งและการแลกเปลี่ยนแก๊สของสัตว์บางชนดิ 1) การแลกเปล่ียนแก๊สในสตั วน์ า ฟองนา มรี พู รนุ รอบตัวและน้าจะไหลผ่านเข้าทางรูพรนุ นี้ ในขณะทเี่ กิดการไหลเวยี นของน้าผา่ นเซลล์ จะเกิดการแลกเปลยี่ นแกส๊ ได้ทนั ที ไฮดรา เปน็ สตั ว์ท่ีมีขนาดเล็กมีผวิ ลาตัวบาง ผิวลาตัวดา้ นนอกตดิ กับนา้ โดยตรง ส่วนผิวลาตัวดา้ นในมี ชอ่ งกลางลาตัว คือ แกสโตรวาสคลู ารค์ าวติ ี (gastrovascular cavity) ซ่ึงมนี า้ ไหลผา่ นเข้าออกทางช่องปากอยู่ เสมอ ทาให้เกิด การไหลเวียนและเกดิ การแลกเปลย่ี นแก๊สไดด้ ้วย จงึ ทาใหเ้ ซลลด์ ้านนอกและดา้ นในของไฮดรา ได้รับแก๊สออกซเิ จนและถ่ายเทแก๊สคารบ์ อนไดออกไซด์ได้อย่างเพยี งพอ พลานาเรยี และหนอนตัวแบนชนดิ อื่น ๆ กย็ ังไม่มีระบบหายใจโดยเฉพาะเช่นกนั พลานาเรยี มีเซลล์ หลายชนั้ แตไ่ มห่ นามากนกั พลานาเรียยังใช้วธิ ีการแพรข่ องแกส๊ เข้าและออกทางผิวลาตัวเชน่ เดียวกบั ไฮดรา พลานาเรยี มผี วิ ลาตัวแบนทาให้มพี น้ื ท่ีผิวท่ีสัมผัสกับนา้ มากยิง่ ขึ้น การแลกเปลย่ี นแก๊สจึงเกดิ ได้มากและ เพียงพอแกค่ วามต้องการของร่างกาย ปลา ปลาใช้เหงอื กในการหายใจเชน่ เดียวกบั ปแู ละกุ้ง เหงอื กของปลามลี ักษณะเปน็ แผงเรยี กแตล่ ะ แผงว่า กิลอาช (gill arch) แตล่ ะกลิ อาชจะมีแขนงแยกออกมาเปน็ ซี่ ๆ มากมายเรยี กแต่ละซ่นี ้ีว่า กลิ ฟิลาเมนต์ (gill filament) ในแต่ละกลิ ฟิลาเมนต์จะมสี ว่ นที่นนู ข้นึ มาเรยี กวา่ กลิ ลาเมลลา (gill lamella) ซ่งึ ภายในกิลลา เมลลาแตล่ ะอนั จะมีร่างแหของเสน้ เลอื ดฝอยอย่แู ละบรเิ วณนจ้ี ะเป็นบรเิ วณท่ีมกี ารแลกเปลย่ี นแกส๊ ซึง่ เป็นการ เพิ่มพ้นื ที่ ที่จะสัมผัสกบั น้าได้มากขึ้น ทาใหอ้ อกซิเจนในนา้ แพร่เขา้ สู่เสน้ เลือดฝอย ภายในเหงอื กได้อย่าง เพียงพอและในขณะเดียวกันแกส๊ คารบ์ อนไดออกไซด์ ในเสน้ เลือดฝอยก็จะแพร่ออกจากเสน้ เลอื ดฝอยเข้าสนู่ ้า รอบตวั ปลาได้อย่างดดี ว้ ย นอกจากนี้ปลายงั วา่ ยน้าอยู่เสมอ ทาให้น้าท่ีมีออกซเิ จนผ่านเข้าทางปาก และผา่ น ออกทางเหงอื กอยตู่ ลอดเวลาจึงช่วยใหม้ นั แลกเปลยี่ นแก๊สไดด้ ีข้นึ ถ้าสงั เกตจะเห็นว่ากระดูกปดิ เหงือก (operculum) ของปลาจะขยับอย่ตู ลอดเวลา ซ่ึงจะทาใหเ้ กิดการหมนุ เวียนของน้าที่เหงือกดยี งิ่ ขน้ึ และเกิดการ แลกเปล่ยี นแก๊สไดด้ ียิ่งขน้ึ ดว้ ย

2) การแลกเปลีย่ นแกส๊ ในสตั วบ์ ก ไส้เดอื นดิน (earth worm) ไส้เดือนดิน ใช้ผิวลาตัวในการแลกเปลี่ยนแก๊ส ที่ผิวลาตวั ของไส้เดือนดนิ จะเปยี กช่มุ อยเู่ สมอ ออกซเิ จนในอากาศจะละลายนา้ ทีเ่ คลือบอยู่ท่ีผวิ ลาตวั ของไส้เดือนดินแล้วจึงแพรเ่ ข้าสูเ่ สน้ เลอื ดฝอยที่กระจายอยู่ใตผ้ วิ หนังของไส้เดือนดนิ ไสเ้ ดือนดินมรี ะบบหมนุ เวยี นเลือดจึงนาแก๊สออกซเิ จนทผ่ี วิ ลาตัวไปส่งใหก้ ับเซลลต์ า่ ง ๆ ได้ทวั่ ตัวในขณะเดียวกนั ก็นาแกส๊ คารบ์ อนไดออกไซดจ์ ากเซลลท์ ว่ั ตัวมายังผวิ ลาตัวเพ่ือแพร่ออกสูอ่ ากาศต่อไป การที่ไส้เดือน มรี ะบบหมนุ เวียนเลอื ดทาให้ออกซเิ จนถกู ลาเลียงไปยังเซลล์ ตา่ ง ๆ ได้อยา่ งรวดเรว็ ยง่ิ ขึ้น ผิวลาตัวไสเ้ ดอื นจะมีปริมาณออกซิเจนต่าอยู่เสมอ จึงเกิดการแพรข่ องออกซิเจน เขา้ สผู่ วิ ลาตวั ไดต้ ลอดเวลา แมลง (insect) แมลงใชร้ ะบบท่อลม (tracheal system) โดยท่ีระบบท่อลมประกอบดว้ ยรเู ปดิ (spiracle) ที่บริเวณส่วนอกและส่วนทอ้ ง ท่อลมของแมลงจะแทรกกระจายเขา้ สทู่ ุกสว่ นของรา่ งกายทาหน้าที่ แลกเปลี่ยนแก๊ส ในขณะหายใจลาตัวของแมลงจะมีการเคลื่อนไหวและขยับอย่เู สมอ ทาให้อากาศไหลเข้าทางรู เปดิ (spiracle) และเข้าสู่ถุงลม (air sac)แลว้ จึงผา่ นไปตามทอ่ ลมและท่อลมยอ่ ย ซ่ึงมีผนังบางทาให้เกดิ การ แลกเปลย่ี นแกส๊ ได้อยา่ งดี ดงั นันระบบหมุนเวียนเลอื ดของแมลงจึงไมค่ ่อยมีความสาคัญมากนัก เพราะ เนือ้ เย่อื ไดร้ ับแกส๊ ออกซิเจนจากท่อลมย่อยโดยตรงอยูแ่ ล้ว ระบบท่อลมของแมลงไม่มีระบบของเหลวอยู่ภายใน ยกเวน้ ท่สี ว่ นปลายของท่อลมยอ่ ยเท่านัน้ เพราะท่อ ลมน้ันแตกแขนงและแทรกอยู่ทั่วตวั แมลง ส่วนบกุ ลังของแมงมมุ จะมขี องเหลวชว่ ยในการลาเลียงแกส๊ ไปยงั เนื้อเยอ่ื เน่ืองจากบกุ ลังไม่ได้ แตกแขนงและแทรกเข้าไปในตัวแมงมุมอย่างทอ่ ลมของแมลง

กบ (frog) กบในขณะท่ีเป็นตัวอ่อน เรยี กว่า ลกู อ๊อด อาศัยอยูใ่ นน้า หายใจด้วยเหงือก ซ่ึงอยูภ่ ายนอก ลาตวั (external gill) แต่เมื่อกบเจริญเตบิ โตขึน้ กบจะหายใจดว้ ยปอด (lung) และผวิ หนัง กบมปี อด 1 คู่ หอ้ ย อยภู่ ายในชอ่ งตวั ผนงั ด้านในของปอดกบจะย่น ทาใหเ้ พิ่มพนื้ ท่ใี นการแลกเปลย่ี นแก๊สไดม้ ากขน้ึ ทีป่ อดกบจะมี เสน้ เลอื ดฝอยมาเล้ยี งจานวนมากเพื่อช่วยการแลกเปลีย่ นและลาเลยี งแกส๊ กบ ไม่มีกะบังลม ไม่มีซี่โครงและ กลา้ มเนอื กระดกู ซ่ีโครง จึงมีการหายใจแตกต่างจากสัตวเ์ ลย้ี งลูกดว้ ยนา้ นมโดยทัว่ ไป นก (aves) นกเป็นสตั ว์ท่ีใชพ้ ลังงานสงู ดังนัน้ ระบบหายใจของนกจึงต้องดีมาก ปอดนกมขี นาดเล็กแต่ นกจะมีถุงลม (air sac) ซ่งึ เจริญดมี ากและมีกระดูกซ่โี ครงด้วย ในขณะหายใจเข้ากระดูกอกจะลดต่าลง ถงุ ลม ขยายขนาดขึ้น อากาศจะผ่านเข้าสหู่ ลอดลมแลว้ เข้าสู่ถงุ ลมท่อี ยู่ตอนท้าย สว่ นอากาศท่ีใช้แลว้ จะออกจากปอด เขา้ สถู่ งุ ลมตอนหน้า ในขณะทห่ี ายใจออก อากาศจากถงุ ลมทอ่ี ย่ตู อนทา้ ยจะเขา้ สู่ปอดทาใหป้ อดพองออกและ อากาศจากถงุ ลมตอนหนา้ ถูกขับออกนอกรา่ งกายต่อไปเปน็ อยา่ งน้ีอย่เู สมอ

สตั วเ์ ลียงลูกด้วยนานม (mammal) สัตวเ์ ลี้ยงลกู ด้วยน้านมมรี ะบบหายใจดีมาก โดยประกอบด้วยถุงลม เลก็ ๆ ทเี่ รยี กว่า แอลวีโอลสั (alveolus) มีกล้ามเนอ้ื กะบังลม (diaphragm) และกล้ามเนื้อกระดูกซีโ่ ครงชว่ ย ในการหายใจ ทาให้อากาศเข้าและออกจากปอดไดเ้ ป็นอยา่ งดี