di Adriano Madonna
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A che cosa serve la respirazione? Come sono fatte e come funzionano le branchie dei pesci? Che cos’è la respirazione cutanea?
“Perché un essere vivente respira? A che cosa serve respirare?” Forse, benché elementare, non ci siamo mai posti questa domanda. In realtà, le cose stanno così: l’organismo di un uomo, di un gatto, di un pesce è paragonabile a un macchinario formato da miliardi di minuscoli motori, le cellule, e ognuno di questi motori per funzionare ha bisogno di energia. L’energia che fa vivere la cellula viene generata dall’ossidazione degli alimenti che assumiamo con la nutrizione (aminoacidi, glucidi etc.). Questo processo avviene in particolari organi presenti all’interno della cellula, chiamati mitocondri. In questo processo ossidativo, dunque, c’è bisogno di ossigeno, che perviene all’organismo attraverso la respirazione e alle cellule attraverso il sangue. Una volta impiegato nel processo ossidativo, l’ossigeno si trasforma in diossido di carbonio (chiamata anche anidride carbonica), che viene eliminato sempre attraverso il sangue e per mezzo della respirazione.
A questo punto, completiamo il discorso dicendo che mentre i vertebrati terrestri per respirare usano i polmoni e captano l’ossigeno dall’aria, i pesci, vivendo nel mezzo liquido, devono “catturare” l’ossigeno dall’acqua e, per fare ciò, usano un apparato diverso da quello polmonare, anche se il principio di funzionamento è praticamente lo stesso: i pesci, dunque, usano le branchie.
In ogni caso, nella dimensione acquatica non vivono solo pesci, ma anche organismi meno evoluti e, quindi, con una struttura organica più semplice. In questi organismi, che possono essere unicellulari o pluricellulari, le cellule assumono l’ossigeno dall’acqua semplicemente per diffusione e liberano anidride carbonica. Potremmo chiederci perché non assumano ossigeno per diffusione anche animali più grandi, come i pesci e i vertebrati terrestri. In realtà, ciò non sarebbe possibile, poiché la sola assunzione di ossigeno per diffusione sarebbe troppo lenta e non riuscirebbe ad assicurare, in animali di grosse dimensioni, uno scambio gassoso sufficientemente veloce da soddisfare le sue richiese metaboliche: in pratica, per generare in fretta e in quantità sufficiente l’energia necessaria alla vita di ogni cellula.
Negli animali più evoluti, dunque, c’è necessità di un apparato specifico per il rifornimento di ossigeno e l’eliminazione del diossido di carbonio.
L’apparato branchiale
I pesci assumono ossigeno ed eliminano diossido di carbonio attraverso le branchie, ma com’è fatto un apparato branchiale? Tutti abbiamo avuto modo di vedere le branchie di un pesce, quindi sappiamo che esse sono contenute in due cavità, dette camere opercolari, poste ai lati del capo del pesce e protette da due opercoli, una sorta di sportelli che possono chiudersi perfettamente oppure schiudersi leggermente per far defluire l’acqua all’esterno dopo che ha irrorato le branchie. Queste sono costituite da una serie di numerosissime lamelle sostenute da strutture fatte ad archi, dette, appunto, archi branchiali, in cui sono situati i vasi sanguigni. Dai vasi sanguigni il sangue passa nelle lamelle e, grazie al sottilissimo strato di tessuto che separa la rete di capillari dal mezzo esterno, sono possibili gli scambi gassosi tra acqua e sangue per quanto riguarda l’assunzione di ossigeno, e tra sangue e acqua per quanto riguarda la cessione di CO2 (diossido di carbonio).
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Partendo dal concetto che un motore che marcia a bassa velocità ha bisogno di poco carburante e un motore che va a pieno regime brucia tanto carburante, si giunge alla considerazione che i pesci più attivi, come un tonno che macina miglia e miglia o come un pesce serra che trascorre la sua vita a rincorrere prede da azzannare, hanno bisogno di più ossigeno rispetto a una sogliola, che vive immobile sul fondo.
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In pratica, le richieste energetiche, quindi le necessità di apporto di ossigeno, sono diverse. Per questo motivo, la superficie respirante delle branchie varia in funzione delle varie specie di pesci e delle loro abitudini. Parlare di superficie respirante maggiore o minore significa riferirsi a un numero maggiore o minore di lamelle e alla loro grandezza, quindi, le lamelle delle branchie di un dentice (pesce predatore), rispetto a quelle di uno scorfano (pesce sedentario), sono più numerose.
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Come funzionano le branchie
Madre Natura anche questa volta, nell’organizzare il funzionamento delle branchie, ha fatto un piccolo capolavoro per ottimizzare al massimo gli scambi gassosi. Ecco, dunque, come funzionano le branchie dei pesci.
Dall’arco branchiale giungono alla lamella due arterie, che la attraversano in tutta la sua lunghezza: un’arteria afferente e un’arteria efferente. La prima porta il sangue dall’arco branchiale fino all’estremità della lamella, l’altra lo riporta all’arco branchiale. In pratica, la lamella è un fuso pieno di sangue coperto da un tessuto molto sottile, che unisce il vaso afferente e quello efferente. Intanto, tra le lamelle scorre l’acqua che il pesce ha introdotto nelle camere opercolari attraverso la bocca e che, quindi, si muove con un flusso diretto dalla bocca verso l’apertura posteriore degli opercoli. Il flusso sanguigno nelle lamelle, invece, scorre nella direzione opposta. In questo modo, grazie al cosiddetto “scambio in controcorrente”, si ottiene la maggiore diffusione possibile di ossigeno nel sangue.
L’apparato branchiale, per le funzioni che svolge e per la sottigliezza dei tessuti che lo compongono, è abbastanza delicato, quindi necessita di essere protetto. All’uopo, lateralmente, ci sono gli opercoli e nella parte anteriore, cioè all’ingresso delle camere branchiali, dove giunge il flusso d’acqua, c’è addirittura un filtro che trattiene il plancton ed eventuali corpuscoli in sospensione: questo filtro è costituito da una serie di spine disposte sugli archi brachiali come i denti di un pettine, che prendono il nome di branchiospine.
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(apparato respiratorio di una carpa)
[Così respirano i pesci (1) continua]
Dott. Adriano Madonna, Biologo Marino, ECLab Laboratorio di Endocrinologia Comparata, Università degli Studi di Napoli “Federico II”