Intercambio Gaseoso en organismos multicelulares: forma y función

Forma y Función: Organismos

La forma de un organismo es su forma y estructura subyacente. La forma general de un organismo se denomina morfología y la forma de sus órganos individuales es su anatomía. El funcionamiento de un organismo se denomina fisiología. Los organismos multicelulares tienen órganos y sistemas de órganos especializados cuya estructura suele estar bien adaptada a sus funciones. Las adaptaciones son formas que corresponden a funciones. Estas adaptaciones persisten de generación en generación porque aumentan las posibilidades de supervivencia hasta la edad reproductiva. La ballena azul es el animal más grande que jamás haya existido, incluidos todos los dinosaurios. El corazón de la ballena azul late a un ritmo lento; en la superficie el corazón late unas 30 veces por minuto. Al bucear, puede disminuir a aproximadamente 6 pulsaciones por minuto.LAS CHAPAS ECOS UNDO . WOR! O SCHOOL . COLES CO NOW na 3 IB CONTINUUM CONTINUUM DE L'IB CONTINUO DEL IB

Preguntas orientadoras sobre el intercambio de gases

¿¿ Cómo se adaptan los organismos multicelulares para realizar el intercambio de gases? Todos los organismos absorben los gases que necesitan de su entorno y liberan otros gases al medio ambiente como productos de desecho. ¿Cuáles son los gases que deben intercambiarse? ¿ Qué procesos requieren estos gases y qué procesos los generan? ¿ Cuál es la importancia de la relación superficie volumen para las células? ¿ Que desafios tienen los organismos multicelulares cuando se trata del intercambio de gases? ¿ Cómo es que el ¿Los peces en el agua pueden intercambiar gases libremente con el agua pero el buceador necesita una conexión con la atmósfera

Figura 1 Los buceadores pueden nadar con peces pero aun así intercambiar gases con el aire de arriba

Similitudes y diferencias en el intercambio de gases

¿Cuáles son las similitudes y diferencias en el intercambio de gases entre una planta con flores y un mamífero? Las cuentas de vidrio en el agua son esferas. Las esferas tienen la relación superficie volumen más pequeña de cualquier forma. Las formas que se aproximan a las esferas proporcionan la superficie de intercambio de gases tanto en los mamíferos como en las plantas con flores. Al hacer las esferas muy pequeñas, se puede generar una enorme superficie en relación con el volumen. Aunque existe similitud en la forma, las superficies de intercambio de gases de los mamíferos y las plantas con flores son marcadamente diferentes. ¿ En qué se diferencian estas estructuras?

Figura 2 La vizcacha roja (Tympanoctomys barrerae, arriba) y Octomys mimax, la rata vizcacha andina de la misma familia (abajo). Fig 2.Cuentas de vidrio en aguaLAS CHAPAS ECOS UNDO . WOR! O SCHOOL . 507 NOW na 319 IB CONTINUUM CONTINUUM DE L'IB CONTINUO DEL IB

El intercambio de gases como función vital

B3.1.1 El intercambio de gases como funcion vital en todos los organismos Todos los organismos absorben un gas del medio ambiente y liberan otro. Este es el intercambio de gases. Las secuoyas absorben dióxido de carbono para usarlo en la fotosíntesis y liberan el oxígeno producido en el proceso. Los humanos absorben oxígeno para la respiración celular y liberan el dióxido de carbono producido. Los organismos terrestres intercambian gases con el aire. Los animales acuáticos como los peces intercambian gases con agua. La difusión es la base del intercambio de gases. Como las moléculas se mueven aleatoriamente, la difusión es un proceso relativamente lento. El intercambio de gases sólo es suficientemente rápido si se produce sobre una gran superficie y la distancia a través de la cual deben difundirse los gases es corta. Los organismos unicelulares y otros organismos pequeños tienen una gran relación superficie volumen y la distancia entre el centro del organismo y el ambiente exterior es pequeña. Por tanto, pueden utilizar su superficie exterior para el intercambio de gases. En organismos más grandes, la relación superficie volumen es menor y la distancia entre el centro de un organismo y el exterior es mayor. Se requiere una superficie especializada de intercambio de gases que sea mucho más grande que la superficie exterior, por ejemplo, los alvéolos de los pulmones o el mesófilo esponjoso de una hoja.

Especies como grupos de organismos con rasgos compartidos

B3.1.2 Especies como grupos de organismos con rasgos compartidos Las superficies de intercambio de gases comparten cuatro propiedades.

• Permeables: el oxígeno y el dióxido de carbono pueden difundirse libremente
• Grandes: la superficie total es grande en relación con el volumen del organismo
• Húmedas: la superficie está cubierta por una película de humedad en los organismos terrestres, por lo que los gases pueden disolverse
• Delgadas: los gases deben difundirse sólo una distancia corta, en la mayoría de los casos a través de una sola capa de células.

Figura 3 Los ajolotes desarrollan pulmones pero también conservan sus branquias externas plumosas hasta la edad adulta. Los filamentos branquiales tienen una gran superficie total con una distancia de 10 um entre la sangre de los capilares y el agua del exterior. Los ajolotes están en peligro crítico de extinción en su hábitat en MéxicoLAS CHAPAS ECOS AUNDO . WOR! O SCHOOL . CO NOW na 3 IB CONTINUUM CONTINUUM DE L'IB CONTINUO DEL IB

Mantenimiento de gradientes de concentración en animales

B3.1.3 Mantenimiento de gradientes de concentración en superficies de intercambio en animales La difusión de gases sólo ocurre si existen gradientes de concentración. Por ejemplo, el oxígeno se difunde desde el aire en los alvéolos hacia los capilares adyacentes porque la concentración de oxígeno en la sangre en los capilares es menor que en el aire. El dióxido de carbono se difunde desde la sangre al aire en los alvéolos porque hay una menor concentración de dióxido de carbono en el aire. La difusión se iguala con gradientes de concentración, que podrían ralentizar y luego detener el intercambio de gases. Para que los gases se sigan difundiendo a través de las superficies de intercambio, se deben mantener los gradientes de concentración. En organismos pequeños que respiran aeróbicamente y utilizan su superficie exterior para el intercambio de gases, es la respiración celular la que mantiene los gradientes de concentración. Este proceso utiliza continuamente oxígeno y produce dióxido de carbono, por lo que la concentración de oxígeno dentro del organismo sigue siendo menor que en el exterior y la concentración de dióxido de carbono sigue siendo mayor. En organismos más grandes, como peces o mamíferos, la sangre fluye continuamente a través de densas redes capilares en los órganos especializados para el intercambio de gases. Debido a la respiración aeróbica, esta sangre tiene una baja concentración de oxígeno y una alta concentración de dióxido de carbono. La ventilación también ayuda a mantener los gradientes de concentración. Este término se usó originalmente para el movimiento del aire dentro y fuera de los pulmones, pero ahora también se usa para referirse al movimiento del agua a través de las branquias. Los mamíferos expulsan periódicamente el aire de los alvéolos exhalando y luego lo reemplazan inhalando aire fresco. Esto evita que la concentración de oxígeno baje demasiado para la difusión del aire a la sangre y también evita que la concentración de dióxido de carbono aumente demasiado. La tasa de ventilación se ajusta según la concentración de dióxido de carbono en la sangre. Los peces toman agua dulce por la moca y la bombean a través de las branquias y luego la expulsan a través de las hendiduras branquiales. Este flujo de agua unidireccional, combinado con el flujo sanguíneo en la dirección opuesta, asegura que la concentración de oxígeno en el agua adyacente a las branquias se mantenga alta y la concentración de dióxido de carbono se mantenga baja.LAS CHAPAS ECOS AUNDO . WOR! O SCHOOL . CO LE DU MONDE IB CONTINUUM CONTINUUM DE L'IB CONTINUO DEL IB

Adaptaciones de los pulmones de los mamíferos

B3.1.4 Adaptaciones de los pulmones de los mamíferos para el intercambio de gases. Todos los mamíferos utilizan los pulmones para el intercambio de gases, incluso las especies marinas como las ballenas y los delfines. El aire entra en los pulmones a través de la tráquea y luego a través de los bronquios izquierdo y derecho (singular, bronquio). En cada pulmón, los bronquios se ramifican repetidamente para formar bronquiolos. Los conductos alveolares se ramifican desde los bronquiolos y cada uno conduce a un grupo de cinco o seis alvéolos (sacos de aire).

tráquea bronquio derecho músculo intercostal co stil as bronquiolos pulmón derecho diafragma

Figura 5 Vías respiratorias, pulmones y músculos asociados en el tórax humano Un alvéolo pulmonar tiene un diámetro de 0,2 mm a 0,5 mm, pero su pared es una sola capa de células, muchas de las cuales tienen solo aproximadamente 0,2 um de espesor. Los alvéolos están rodeados por una densa red capilar. La pared capilar también es extremadamente delgada y está formada por una sola capa de células. Por tanto, el aire y la sangre están a una distancia muy corta. Los capilares cubren gran parte de la superficie de los alvéolos pero también hay algunas otras células. Algunos de ellos tienen fibras de colágeno para fortalecer el tejido pulmonar y fibras elásticas para ayudar a limitar la inhalación y provocar una exhalación pasiva.

Bronquiolo respiratoiro Alveolos 20 270 200 mm 1000x CACTILAS CHAPAS ECOS AUNDO . WOR! O SCHOOL . OLE DU MONDE. IB CONTINUUM CONTINUUM DE L'IB CONTINUO DEL IB

Estructura del alvéolo

delgada celda AT1 que permite gas rápido intercambio conducto alveolar H fagocito 200-500 metros red de sangre celda AT2 que capilares secreta surfactante

Figura 6 Estructura de un alvéolo Un alvéolo individual proporciona una pequeña superficie para el intercambio de gases, pero como hay tantos (unos 300 millones en un par de pulmones adultos) el área total es muy grande: unas 40 veces mayor que la superficie exterior del cuerpo. El área de superficie de las redes de capilares sanguíneos en forma de cesta alrededor de los alvéolos es casi tan grande como la de los alvéolos.