Buzz
Trao đổi khí là quá trình sinh học trong đó các khí di chuyển qua màng sinh học nhờ vào sự khuếch tán. Màng này thường tạo thành ranh giới giữa sinh vật và môi trường bên ngoài của nó.
Các khí liên tục được tiêu thụ và sản sinh trong các phản ứng tế bào và chuyển hóa ở nhiều sinh vật, đòi hỏi một hệ thống trao đổi khí hiệu quả giữa tế bào và môi trường bên ngoài. Sinh vật nhỏ, đặc biệt là vi khuẩn và động vật nguyên sinh, có tỷ lệ diện tích bề mặt so với thể tích cao, do đó, màng trao đổi khí của chúng thường là màng tế bào. Một số sinh vật đa bào nhỏ như giun dẹp cũng thực hiện trao đổi khí qua da hoặc lớp biểu bì. Tuy nhiên, ở các sinh vật lớn hơn, với tỷ lệ diện tích bề mặt nhỏ, các cấu trúc đặc biệt như mang, phổi, và mesophyll xốp cung cấp diện tích lớn cho việc trao đổi khí hiệu quả. Những cấu trúc này có thể xâm nhập vào cơ thể, ví dụ như phế nang trong phổi động vật có vú, mesophyll xốp trong lá thực vật, hoặc mang của nhuyễn thể.
Trong sinh vật hiếu khí, trao đổi khí là thiết yếu cho hô hấp, bao gồm hấp thu oxy (O2) và thải CO2 (CO2). Ngược lại, trong các cơ quan quang hợp như cây xanh, quá trình trao đổi khí chủ yếu là hấp thụ carbon dioxide và thải oxy cùng hơi nước trong ban ngày. Ở những sinh vật ít quen thuộc hơn, như vi khuẩn cổ sinh vật, quá trình trao đổi khí liên quan đến carbon dioxide, khí mê-tan và hydrogen qua màng tế bào. Vi khuẩn diazotrophic cố định đạm và vi khuẩn dị dưỡng khử Nitơ trao đổi khí nitơ với môi trường, trong khi Giant tube worms như Riftia pachyptila dựa vào vi khuẩn để oxy hóa hydrogen sulfide trong nước biển sâu và sử dụng oxy hòa tan như chất nhận điện tử.
Bề mặt trao đổi khí
Bề mặt trao đổi khí là khu vực thực hiện quá trình trao đổi khí, bao gồm việc tiếp nhận O2 và thải CO
Các bề mặt trao đổi khí ở động vật bao gồm: bề mặt cơ thể, hệ thống ống khí, mang và phổi.
Bề mặt trao đổi khí của cơ quan hô hấp ở động vật cần phải đáp ứng các yêu cầu sau đây
- Bề mặt trao đổi khí phải rộng, có diện tích lớn
- Mỏng và ẩm ướt để khí có thể khuếch tán dễ dàng
- Có nhiều mao mạch và máu có chứa sắc tố hô hấp
- Có sự lưu thông khí để tạo ra sự chênh lệch nồng độ, giúp khí khuếch tán hiệu quả hơn
Động vật có vú
Hệ thống trao đổi khí ở động vật có vú được tổ chức thành các phổi, giống như ở hầu hết các động vật trên cạn lớn. Trao đổi khí diễn ra trong các túi khí gọi là phế nang, nơi có một màng mỏng (hàng rào máu-không khí) tách biệt máu trong mao mạch phế nang với không khí trong các túi phế nang.
Động vật có xương sống khác
Loài lưỡng cư
Động vật lưỡng cư có ba bộ phận chính tham gia vào trao đổi khí: phổi, da, và mang, có thể hoạt động độc lập hoặc kết hợp với nhau. Tầm quan trọng của từng cấu trúc thay đổi theo tuổi, môi trường và loài. Da và ấu trùng của lưỡng cư có hệ mạch máu phát triển, giúp trao đổi khí hiệu quả khi da ẩm. Ấu trùng lưỡng cư, như nòng nọc của ếch, có mang bên ngoài, và mang này sẽ bị hấp thu trong quá trình biến thái hoàn toàn, nhường chỗ cho phổi. Phổi của động vật lưỡng cư thường đơn giản hơn so với các động vật có xương sống khác, với ít nội tạng và phế nang lớn hơn; tuy nhiên, cóc sống trên cạn có phổi phát triển hơn với bề mặt phổi lớn hơn. Để tăng hiệu quả trao đổi khí qua khuếch tán, động vật lưỡng cư duy trì sự chênh lệch nồng độ trên bề mặt hô hấp bằng cách sử dụng quá trình gọi là 'bơm nước bằng miệng' (buccal pumping), với phần dưới của miệng chuyển động theo kiểu 'bơm' có thể quan sát thấy bằng mắt thường.
- Hệ thống hô hấp
