Strunowce - ewolucja układu oddechowego

OSŁONICE
Pierwsza grupa strunowców łącząca układ pokarmowy z oddechowym. Gardziel poprzebijana otworami skrzelowymi tworzy kosz skrzelowy na 3/4 długości ciała. System jest więc bardzo niedoskonałe, jednak zaspokaja potrzeby prowadzących osiadły tryb życia osłonic.

BEZCZASZKOWCE
Narządem wymiany gazowej jest przednia część przewody pokarmowego, poprzebijana szczelinami skrzelowymi. Woda dostaje się przez szczeliny skrzelowe do jamy okołoskrzelowej, skąd wydostaje się specjalnym otworem położonym przed odbytem. Kosz skrzelowy występuje na 1/3 długości ciała i obejmuje 150 do 160 otworów skrzelowych.

KRĘGOWCE
Dział: BEZŻUCHWOWCE
 Gromada: SMOCZKOUSTE
Rodzaj: MINÓG
Układ oddechowy składa się z odchodzących od gardzieli chrzęstnych łuków skrzelowych, na których rozpięte są woreczki skrzelowe (7 par). Woda, zassana otworem gębowym, obmywa silnie ukrwione woreczki skrzelowe i otworami skrzelowymi wydostaje się na zewnątrz.

Dział: ŻUCHWOWCE
 Gromada: RYBY
Oddychanie u wszystkich ryb odbywa się w skrzelach. Gardziel przebija seria szczelin skrzelowych, których ścianki przegradzające, wzmocnione dodatkowo elementami szkieletu, tworzą łuki skrzelowe (kostne lub chrzęstne). Na tych łukach osadzone są bogato unaczynione listki skrzelowe, które mogą być powycinane w tak zwane blaszki skrzelowe. Wymiana gazowa przebiega niezwykle wydajnie, gdyż woda obmywa listki skrzelowe w kierunku przeciwnym do kierunku krwi w naczyniach włosowatych listków (zasada przeciwprądu). U ryb kostnoszkieletowych skrzela okryte są kostną płytką (pokrywą skrzelową lub wieczkiem skrzelowym). Szczeliny skrzelowe u ryb chrzęstnych otwierają się bezpośrednio na zewnątrz ciała, u ryb kostnoszkieletowych uchodzą do komory skrzelowej oddzielonej od środowiska zewnętrznego pokrywami skrzelowymi, które mogą być otwierane przy pomocy mięśni. Ruchy pokryw pomagają w pompowaniu natlenionej wody do wnętrza ciała przez jamę gębową. U ryb chrzęstnoszkieletowych ruch wody wymuszany jest przez fałdy skórne okrywające szczeliny skrzelowe. Ryby nie posiadają dróg oddechowych, których rolę pełni przełyk.

Narządami wymiany gazowej u kręgowców lądowych są płuca. Są to narządy parzyste. W rozwoju ewolucyjnym układu oddechowego u kręgowców lądowych dochodzi do stopniowego różnicowania budowy płuc, które powiększają swoją powierzchnię oddechową poprzez ich fałdowanie i podział na coraz mniejsze jednostki funkcjonalne (pęcherzyki). U ptaków płuca zaopatrzone są w dodatkowe worki powietrzne, rozpraszające się w ciele, umożliwiające podwójne oddychanie, polegające na zapewnieniu płucom wentylacji zarówno przy wdechu jak i wydechu.

 Gromada: PŁAZY
Płazy pochodzą od ryb płucodysznych. O ich pochodzeniu świadczy fakt, że ciągle jeszcze spędzają w wodzie część swojego cyklu rozwojowego i obecność płuc podobnej budowy co pęcherz pławny ryb, który jest homologiem płuc. Jako formy larwalne płazy mają zewnętrzne skrzela, natomiast jako formy dorosłe - workowate, pofałdowane płuca. Płuca są parzystymi, długimi workami, oplecionymi siecią naczyń włosowatych. Ich wewnętrzna powierzchnia jest już nieco pofałdowana, co zwiększa powierzchnię wymiany gazowej. U prymitywnych płazów ogoniastych dobrze widać podobieństwo płuc do pęcherza pławnego. Pobieranie powietrza do płuc jest procesem skomplikowanym i bardzo różni się od sposobu, w jaki oddychają ssaki. Nie występują tu żebra, nie ma więc klatki piersiowej. Nie ma również przepony. Rolę pompy ssącej i tłoczącej powietrze spełniają dna jamy gębowo-gardzielowej, wspomagane przez czynność zastawek i mięśni w nozdrzach i gardzieli. Żaba łyka więc powietrze, którym oddycha. Mimo wykształconych płuc wymiana gazowa następuje głównie poprzez skórę i błonę śluzową jamy gębowo-gardzielowej. Jest to niezbędne, gdyż wydajność płuc płazów jest bardzo mała ze względu na niewielką jeszcze powierzchnię czynną. W rezultacie aż około 70%, a w okresie zimowym nawet 100% tlenu, uzyskiwane jest dzięki dyfuzji przez skórę.

 Gromada: GADY
Gady, jako kręgowce w pełni lądowe oddychają tylko płucami. Płuca gadów są podzielone na liczne komory i zazwyczaj mają budowę gąbczastą (wyjątkiem są prymitywne jeszcze płuca najwcześniejszych ewolucyjnie Hatterii). Wewnętrzna powierzchnia jest pofałdowana, co zwiększa obszar wymiany gazowej. Wymiana gazowa nie jest szczególnie efektywna, dlatego też gady nie wytrzymują długich okresów wzmożonej aktywności. Cechą aromorfotyczną gadów jest wytworzenie klatki piersiowej i mięśni międzyżebrowych, dzięki ruchom których mogą bezpośrednio zasysać i wyciskać powietrze w płucach. Dzięki temu całkowicie pokrywają zapotrzebowanie tlenowe, mimo wyższego tempa metabolizmu i niekiedy znacznych rozmiarów ciała w stosunku do płazów. Nie muszą oddychać poprzez skórę, która w ich przypadku pełni rolę izolatora przed światem zewnętrznym. Rogowy, nieprzepuszczalny dla wody naskórek chroni zwierzę przed nadmierną utratą wilgoci, co pozwala na uniezależnienie się od środowiska wodnego.


 Gromada: PTAKI
Ptaki są grupą zwierząt, u których pojawia się stała temperatura ciała, a więc - niezależnie od pory roku - poziom przemian energetycznych jest bardzo wysoki. Te bardzo aktywne zwierzęta, o wysokim tempie metabolizmu, wymagają znacznych ilości tlenu, a więc budowa ich układu oddechowego musi umożliwiać znaczną wydajność procesów wymiany gazowej. Płuca ptaków są gąbczaste, rurkowate. Od płuc odchodzą cienkościenne worki powietrzne (zazwyczaj 9), sięgające do wszystkich części ciała, a nawet wnikające do niektórych kości (kości pneumatyczne). Oskrzela, rozgałęziające się w płucach na oskrzeliki, kończą się rurkowatymi kanalikami zwanymi przyoskrzelami. Są one z obu stron otwarte, co umożliwia przepływ powietrza nad powierzchniami wymiany gazowej. Przyoskrzela, oplecione naczyniami włosowatymi, są miejscem właściwej wymiany gazowej, która odbywa się zgodnie z zasadą przeciwprądu. Przepływ powietrza w płucach ptaków jest jednokierunkowy (od tyłu do przodu). W stanie spoczynku ptak wciąga powietrze do płuc dzięki ruchom mostka i żeber (normalne oddychanie płucne). W czasie lotu mostek musi być unieruchomiony, by stworzyć przyczep dla mięśni skrzydeł. Każdy ruch skrzydeł powoduje na przemian wtłaczanie i usuwanie powietrza do worków i z worków powietrznych położonych pomiędzy niektórymi mięśniami skrzydeł. Worki wciągają więc i wyrzucają powietrze z płuc (podwójne oddychanie - dotlenienie zarówno na wdechy jak i wydechu). Im szybciej ptak leci (i tym samym potrzebuje więcej tlenu), tym powietrze żywiej krąży przez płuca. Jest to najsprawniejszy układ oddechowy w świecie zwierząt.

 Gromada: SSAKI
Ssaki wraz z człowiekiem jako zwierzęta stałocieplne o wysokim poziomie przemian energetycznych, potrzebują dużo tlenu i produkują dużą ilość dwutlenku węgla. Parzyste płuca ssaków maj kształt dużych, pęcherzykowatych worków, położonych w klatce piersiowej. Mają one rozbudowaną sieć oskrzeli i oskrzelików. W płucach ssaków brak jest zupełnie wolnej jamy. Wymiana gazowa zachodzi w mikroskopijnej wielkości pęcherzykach płucnych. Olbrzymi rozwój powierzchni płuc doprowadził do tego, że wymiana gazowa prawie wyłącznie odbywa się przy ich udziale (stosunek powierzchni płucnej do powierzchni skóry u ssaków jest kilkaset razy większy niż u płazów, natomiast udział skóry w oddychaniu kilkaset razy mniejszy). Oddychanie wspomagane jest ruchami klatki piersiowej, mięśni międzyżebrowych oraz przepony. Podczas wdechu pojemność klatki piersiowej zwiększa się między innymi na skutek skurczu przepony, która jest cienkim, wysklepionym ku górze mięśniem prążkowanym, zamykającym od dołu klatkę piersiową i oddzielającym jej jamę od jamy brzusznej. Wydech jest fazą bierną - przepona i mięśnie międzyżebrowe rozluźniają się, co powoduje obniżenie się klatki piersiowej i zarazem zmniejszenie objętości płuc. Sposób oddychania ssaków nie jest tak wydajny jak u ptaków, ale nie mają one tak dużych potrzeb energetycznych.