المحاضرة 6 – التنفس في الفقريات

تمتاز الفقريات بوجود عمود فقري في تركيبها الجسمي، وهي تشمل الأسماك، البرمائيات، الزواحف، الطيور، والثدييات. لكل مجموعة منها جهاز تنفسي يتلاءم مع بيئتها ونمط حياتها، سواء كانت مائية أو برية. في هذا الدرس سنستعرض طرق التنفس في الفقريات وأنواع الأجهزة التنفسية التي تمتلكها.

أولاً: التنفس الجلدي

التعريف:

هو نوع من التنفس يتم عبر الجلد مباشرة، حيث يتم تبادل الغازات بين الدم والمحيط الخارجي من خلال عملية الانتشار.

أهميته:

يُعد وسيلة مساعدة للتنفس لدى بعض الفقريات، خصوصًا في الحالات التي تكون فيها الخياشيم أو الرئتين غير فعالتين.

شروط الجلد للتنفس:

1. أن يكون رقيقًا.
2. أن يكون رطبًا (بفضل وجود غدد مخاطية).
3. أن يكون غنيًا بالأوعية الدموية (لتسهيل التبادل الغازي).

أمثلة:

• سمك الثعبان: يستطيع تبادل 60% من الأوكسجين وثاني أوكسيد الكربون عبر جلده.
• البرمائيات مثل السلمندر: تعتمد على الجلد بشكل كبير خاصة في فترات البيات الشتوي حيث يقل النشاط.

ثانياً: التنفس الخيشومي

التعريف:

هو التنفس الذي يتم عن طريق الخياشيم، وهي تراكيب خيطية رقيقة تحتوي على شعيرات دموية.

تركيب الخياشيم:

• تتكون من تراكيب خيطية رقيقة.
• مزودة بـ شعيرات دموية دقيقة ذات جدران رقيقة (خلايا طلائية مفردة).
• يتم التبادل الغازي عبر هذا الغشاء الرقيق.

آلية التبادل الغازي:

• يدخل الماء عبر فم السمكة ويخرج من الفتحة الخيشومية.
• يسير الدم في اتجاه معاكس لحركة الماء لتسهيل امتصاص الأوكسجين بأعلى كفاءة.
• تُعد هذه الظاهرة من أهم طرق التبادل الغازي في الأسماك.

سؤال وزاري محتمل:

س: كيف تستخلص السمكة أكبر كمية من الأوكسجين المذاب في الماء؟ ج: بفضل التيار المستمر للماء من الفم إلى الفتحة الخيشومية، وسير الدم في اتجاه معاكس لحركة الماء مما يزيد من كفاءة امتصاص الأوكسجين.

ثالثاً: التنفس المزدوج في الأسماك الرئوية ومتماثلة الزعانف

التعريف:

تمتلك بعض الأسماك القدرة على استخدام الرئتين والخياشيم معًا في التنفس، وتُعرف هذه الحالة بـ التنفس المزدوج.

الظروف التي تلجأ فيها لهذه الطريقة:

• في حالات الجفاف أو انخفاض الأوكسجين في الماء، تتحول الأسماك إلى استخدام الرئات.

مثال:

• الأسماك الرئوية مثل التي تعيش في بيئة “لاهور”.

تركيب الرئة:

• تُعتبر بروزًا من البلعوم.
• تحتوي على شبكة من الشعيرات الدموية.
• مزودة بـ جهاز تهوية بدائي يسمح بتحرك الهواء إلى الداخل والخارج.

رابعاً: التنفس في البرمائيات

تستعمل البرمائيات أكثر من طريقة للتنفس وتشمل:

1. التنفس الجلدي (كما شرح أعلاه)

2. التنفس الفموي (البلعومي)

• يتم عن طريق بطانة التجويف الفموي.
• يحدث خلال فتح الفم ودخول الهواء وانتقال الأوكسجين عبر بطانة الفم إلى الدم.

3. التنفس الرئوي

• تظهر الرئات في الضفادع والعلاجيم.
• تكون الرئة عبارة عن أكياس بيضاوية مرنة تنقسم داخليًا بواسطة شبكة من الحواجز.

فائدة الحواجز:

• تزيد من المساحة السطحية اللازمة لتبادل الغازات.
• تؤدي إلى تكوّن ما يسمى بـ الحويصلات الهوائية.

ملاحظة:

• الحويصلات الهوائية في رئة الضفدع أكبر حجمًا من تلك الموجودة في الفقريات الأخرى.

سؤال:

س: لماذا يظهر أفضل نمو للرئتين في الضفادع والعلاجيم؟ ج: لأنها تعتمد بشكل أكبر على التنفس الرئوي مقارنة ببقية البرمائيات.

خامساً: التنفس في الزواحف

تطور الرئة:

• تحتوي رئات الزواحف مثل السلاحف والتمساح على حواجز داخلية تزيد من كفاءة التبادل الغازي.

الاختلاف في آلية التنفس:

• تمتلك الزواحف عضلات بين الضلعية تساهم في عملية الشهيق والزفير.
• بعكس البرمائيات التي تعتمد على ضغط الفم (ضغط إيجابي)، فإن الزواحف تستخدم ضغط سلبي في تنفسها.

التنفس في الزواحف الأخرى:

• بعض الزواحف مثل الحيات تمتلك حواجز فقط في الثلث الخلفي من الرئة، بينما بقية الرئة تكون على شكل كيس هوائي فقط.

سادساً: مقارنة سريعة بين أنواع التنفس في الفقريات

أسئلة وأجوبة مهمة

س: ما المقصود بالتنفس الجلدي؟
ج: هو تبادل الغازات من خلال الجلد الرطب الغني بالأوعية الدموية.

س: لماذا يجب أن يكون الجلد مليئًا بالأوعية الدموية؟
ج: لكي يتمكن من نقل الأوكسجين وثاني أوكسيد الكربون بكفاءة.

س: ما وظيفة الرئة في السمكة الرئوية؟
ج: تحتوي على شبكة من الشعيرات الدموية لتبادل الغازات، وتُستخدم في فصول الجفاف.

س: ما الذي يجعل التنفس في الضفدع أكثر فعالية؟
ج: وجود الحويصلات الهوائية الكبيرة وزيادة التفرعات الداخلية في الرئة.

س: كيف يساعد اتجاه حركة الماء والدم في الخياشيم على التنفس؟
ج: حركة الماء من الفم إلى الخياشيم بعكس اتجاه الدم تساعد على امتصاص أكبر كمية من الأوكسجين.

خاتمة

التنفس في الفقريات يمر بتطور ملحوظ من الأسماك إلى الزواحف، حيث تتنوع الطرق والأجهزة التنفسية وفقًا للبيئة والاحتياجات الفسيولوجية. هذا التنوع يعكس قدرة الكائنات الحية على التكيّف مع ظروف الحياة المختلفة، ويُعد فهم هذه الآليات خطوة مهمة لفهم الجهاز التنفسي بشكل أشمل.