Secciones 6.1 hasta 6.6

Sistema ventilatorio

(Actividad 6.1.)

La ventilación o respiración sistémica hace referencia al intercambio de gases entre un organismo y su entorno. Aunque este proceso varía enormemente dependiendo del tipo de célula y las adaptaciones del organismo, en animales complejos implica la captación de oxígeno (O₂) y la liberación de dióxido de carbono (CO₂). Sin embargo, el término "respiración" es más general y puede referirse también a la respiración celular metabólica, un proceso bioquímico mucho más complejo que ocurre a nivel microscópico dentro de las células para generar energía. A nivel de los órganos, la respiración (o "breath" en inglés) se limita específicamente al intercambio de estos gases.

Los vertebrados han desarrollado una variedad asombrosa de órganos para llevar a cabo este crucial proceso de intercambio gaseoso, adaptándose a diversos hábitats y estilos de vida. Por ejemplo, la piel es un órgano respiratorio principal en muchas especies de peces (especialmente en aguas pobres en oxígeno) y anfibios, donde el intercambio ocurre por difusión directa a través de una superficie cutánea húmeda y altamente vascularizada. Además de la piel, los vertebrados pueden emplear branquias (en peces y larvas de anfibios), pulmones (en mamíferos, aves, reptiles y algunos anfibios y peces), o incluso mucosas especializadas en la boca o el tubo digestivo (como se ve en algunos peces). Estas adaptaciones demuestran la plasticidad evolutiva para satisfacer las demandas metabólicas de cada especie.

(Actividad 6.2.)

(Actividad 6.3.) Las branquias son los órganos respiratorios especializados de la mayoría de los vertebrados acuáticos. Su función primordial es el intercambio de gases, captando oxígeno disuelto del agua y liberando dióxido de carbono. Estructuralmente, las branquias son elongaciones de la mucosa faríngea dispuestas sobre los arcos branquiales. Su diseño maximiza la superficie de contacto con el agua: consisten en numerosos filamentos branquiales y diminutas lamelas, formando una estructura comparable a un cepillo o peine. Esta vasta superficie está densamente cubierta por una red de capilares sanguíneos, lo que facilita una difusión eficiente de los gases. El proceso de ventilación implica el paso del agua desde la boca, sobre la superficie de las branquias, y su salida a través de las aberturas branquiales.

La diversidad de ambientes acuáticos ha llevado a la evolución de diferentes tipos de branquias. Las branquias septadas son características de los peces cartilaginosos como tiburones y rayas. En ellas, los arcos branquiales sostienen septos interbranquiales que se extienden casi hasta la superficie externa del cuerpo, creando hendiduras branquiales separadas (generalmente de cinco a siete pares) que se abren directamente al exterior. Por otro lado, las branquias operculadas son las más comunes en los peces óseos. Aquí, los septos interbranquiales están muy reducidos o ausentes, y todas las branquias de un lado están cubiertas y protegidas por una estructura ósea llamada opérculo. Finalmente, las branquias externas se observan en las larvas de muchos anfibios y en algunos peces. Estas son estructuras plumosas o filamentosas que sobresalen del cuerpo hacia el agua, lo que las hace muy visibles pero también vulnerables.

(Actividad 6.4.)

 

(Actividad 6.5.) Los peces óseos, al ser generalmente más densos que el agua y, por lo tanto, más pesados que sus contrapartes cartilaginosas, desarrollaron evolutivamente una adaptación crucial: las evaginaciones del sistema digestivo que formaron la vejiga natatoria. Esta estructura, fundamentalmente una bolsa llena de gas, ha sido desde sus orígenes notablemente bidireccional en su función, dependiendo de las necesidades del pez: flotación o ventilación. En aguas ricas en oxígeno, la vejiga natatoria se infla principalmente para regular la flotación y mantener una posición neutra en la columna de agua con un mínimo gasto energético. Sin embargo, en aguas pobres en oxígeno o en hábitats que experimentan periodos de anoxia, el pez puede captar aire de la atmósfera directamente. En estos casos, el oxígeno se ventila a través de la vejiga natatoria, que funciona entonces como un órgano respiratorio accesorio, extrayendo el oxígeno del aire deglutido.

Este comportamiento bidireccional de la vejiga natatoria es muy disperso entre muchos clados de peces óseos, lo que demuestra la versatilidad de esta adaptación. Sin embargo, en unos grupos u otros, se observan especializaciones o incluso pérdidas de una de sus funciones primarias. Por ejemplo, en los peces pulmonados (Dipnoi), la vejiga natatoria, en su origen evolutivo, es la precursora de los pulmones terrestres. Curiosamente, cuando son alevines, muchos peces pulmonados la usan principalmente como flotador, similar a la vejiga natatoria de otros peces. Pero a medida que maduran y realizan la metamorfosis, esta estructura se especializa completamente en pulmones verdaderos con un intercambio gaseoso eficiente, al mismo tiempo que pierden sus branquias. El resultado es una ironía evolutiva: estos peces, a pesar de su nombre y su hábitat acuático, pueden ahogarse si se les impide acceder a la superficie para respirar aire, ya que sus pulmones son su principal o única fuente de oxígeno.

(Actividad 6.6.)

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