Il branchie o le branchie sono gli organi respiratori degli animali acquatici, hanno la funzione di effettuare lo scambio di ossigeno tra l'individuo e l'ambiente. Si manifestano da forme molto semplici negli invertebrati, a strutture complesse evolute nei vertebrati, costituite da migliaia di lamelle specializzate situate all'interno di una cavità branchiali ventilata da un flusso continuo di acqua..
Le cellule richiedono energia per funzionare, questa energia è ottenuta dalla scomposizione degli zuccheri e di altre sostanze nel processo metabolico chiamato respirazione cellulare. Nella maggior parte delle specie, l'ossigeno nell'aria viene utilizzato per produrre energia e l'anidride carbonica viene espulsa come rifiuto..
Gli ambienti acquatici hanno meno ossigeno degli ambienti terrestri e la diffusione dell'ossigeno è più lenta che nell'aria. La quantità di ossigeno disciolto nell'acqua diminuisce all'aumentare della temperatura e la corrente diminuisce..
Le specie meno evolute non richiedono strutture respiratorie specializzate per svolgere le loro funzioni di base. Tuttavia, in quelli più grandi è fondamentale disporre di sistemi di scambio più complessi, in modo che possano coprire adeguatamente i loro bisogni metabolici..
Le branchie si trovano negli invertebrati e nei vertebrati, possono essere filiformi, laminare o arborescenti, dotate di numerosi vasi capillari, e le osserviamo anche internamente o esternamente..
Ci sono animali che vivono nella zona litoranea, come molluschi e granchi, che sono in grado di respirare attivamente con le branchie nell'acqua e nell'aria, purché mantenuti umidi. A differenza di altri organismi acquatici, che soffocano uscendo dall'acqua nonostante l'abbondanza di ossigeno disponibile.
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La quantità di ossigeno presente nell'aria è di circa il 21%, mentre nell'acqua è solo l'1% disciolto. Questa variazione ha costretto gli organismi acquatici a creare strutture come branchie, destinate esclusivamente all'estrazione dell'ossigeno..
Le branchie possono essere così efficienti da raggiungere tassi di estrazione di ossigeno dell'80%, tre volte superiori a quelli che si verificano nei polmoni umani dall'aria.
Questi organi respiratori si sono sviluppati in una grande varietà di organismi acquatici, possiamo trovare diversi tipi di branchie in molluschi, vermi, crostacei, echinodermi, pesci e persino nei rettili in alcune fasi del loro ciclo vitale.
Di conseguenza, variano notevolmente in forma, dimensione, posizione e origine, determinando adattamenti specifici in ciascuna specie..
Per gli animali acquatici più evoluti, l'aumento delle dimensioni e della mobilità ha determinato una maggiore richiesta di ossigeno. Una delle soluzioni a questo problema era aumentare l'area delle branchie..
I pesci, ad esempio, hanno un numero elevato di pieghe che vengono tenute separate l'una dall'altra dall'acqua. Questo dà loro una grande superficie di scambio di gas, che consente loro di raggiungere la loro massima efficienza..
Le branchie sono organi molto sensibili, suscettibili a lesioni fisiche e malattie causate da parassiti, batteri e funghi. Per questo motivo, le branchie meno evolute sono generalmente considerate esterne..
Nei pesci ossei, le branchie a fronte di alte concentrazioni di inquinanti chimici come metalli pesanti, solidi sospesi e altre sostanze tossiche, subiscono danni morfologici o lesioni chiamate edema.
Questi provocano la necrosi del tessuto branchiali, e nei casi più gravi possono addirittura provocare la morte dell'organismo per l'alterazione della respirazione..
A causa di questa caratteristica, le branchie dei pesci sono spesso utilizzate dagli scienziati come importanti biomarcatori di contaminazione negli ambienti acquatici..
La funzione principale delle branchie, sia per gli organismi invertebrati che per i vertebrati, è quella di svolgere il processo di scambio gassoso dell'individuo con l'ambiente acquatico.
Poiché la disponibilità di ossigeno è inferiore nell'acqua, gli animali acquatici devono lavorare di più per catturare un certo volume di ossigeno, il che rappresenta una situazione interessante, poiché significa che gran parte dell'ossigeno ottenuto verrà utilizzato nella ricerca di nuovo ossigeno.
L'uomo utilizza l'1-2% del proprio metabolismo quando è a riposo per ottenere la ventilazione dei polmoni, mentre i pesci a riposo richiedono circa il 10-20% per effettuare la ventilazione delle branchie..
Le branchie possono svolgere anche funzioni secondarie in alcune specie, ad esempio in alcuni molluschi queste sono state modificate per contribuire alla cattura del cibo, poiché sono organi che filtrano continuamente l'acqua.
In diversi crostacei e pesci, svolgono anche la regolazione osmotica della concentrazione di sostanze disponibili nell'ambiente in relazione all'organismo, riscontrando casi in cui sono responsabili dell'escrezione di elementi tossici.
In ogni tipo di organismo acquatico le branchie hanno una funzione particolare, che dipende dal grado di evoluzione e dalla complessità del sistema respiratorio..
In generale, le branchie funzionano come filtri che intrappolano l'ossigeno ODue presente nell'acqua, essenziale per adempiere alle sue funzioni vitali, ed espellere l'anidride carbonica CODue rifiuti che sono presenti nel corpo.
Per ottenere questa filtrazione è necessario un flusso d'acqua costante, che può essere prodotto dai movimenti delle branchie esterne nei vermi, dai movimenti dell'individuo come effettuati dagli squali, o dal pompaggio delle foche nei pesci ossei..
Lo scambio di gas avviene attraverso la diffusione per contatto tra l'acqua e il fluido sanguigno contenuto nelle branchie.
Il sistema più efficiente è chiamato flusso controcorrente, in cui il sangue che scorre attraverso i capillari branchiali entra in contatto con acqua ricca di ossigeno. Viene prodotto un gradiente di concentrazione che consente all'ossigeno di entrare attraverso le lamelle e di diffondersi nel flusso sanguigno, mentre l'anidride carbonica si diffonde all'esterno.
Se il flusso di acqua e sangue fosse nella stessa direzione, non si otterrebbero le stesse velocità di assorbimento dell'ossigeno, perché le concentrazioni di questo gas si equalizzerebbero rapidamente lungo le membrane branchiali.
Le branchie possono apparire nella parte esterna o interna dell'organismo. Questa differenziazione è principalmente una conseguenza del grado di evoluzione, del tipo di habitat in cui si sviluppa e delle caratteristiche peculiari di ciascuna specie..
Le branchie esterne si osservano principalmente in specie di invertebrati poco evolute, e temporaneamente nelle prime fasi di sviluppo dei rettili, poiché le perdono dopo aver subito metamorfosi.
Essendo a diretto contatto con l'ambiente esterno, sono generalmente molto sensibili e possono essere facilmente influenzati da fattori ambientali avversi, come la cattiva qualità dell'acqua, o la presenza di sostanze tossiche..
Se le branchie sono danneggiate, è molto probabile che si verifichino infezioni batteriche, parassitarie o fungine, che a seconda della gravità possono portare alla morte.
Le branchie interne, perché più efficienti di quelle esterne, si trovano negli organismi acquatici più grandi, ma hanno diversi livelli di specializzazione a seconda di quanto è evoluta la specie..
Questi si trovano generalmente in camere che li proteggono, ma necessitano di correnti che permettano loro di avere un contatto costante con l'ambiente esterno per conformarsi allo scambio di gas..
Il pesce ha sviluppato anche calotte calcaree chiamate branchie che hanno la funzione di proteggere le branchie, fungendo da porte che limitano il flusso dell'acqua e pompano anche l'acqua.
Le branchie sono essenziali per la sopravvivenza degli organismi acquatici, perché svolgono un ruolo indispensabile per la crescita delle cellule.
Oltre a respirare ed essere una parte essenziale del sistema circolatorio, possono contribuire all'alimentazione di alcuni molluschi, funzionare come sistemi escretori di sostanze tossiche ed essere regolatori di diversi ioni in organismi evoluti come i pesci..
Studi scientifici dimostrano che gli individui che hanno subito danni all'apparato respiratorio branchiale, hanno uno sviluppo più lento e sono di taglia più piccola, sono più inclini a infezioni e talvolta lesioni gravi, può portare alla morte.
Le branchie hanno ottenuto adattamenti ai più diversi habitat e condizioni ambientali, consentendo l'insediamento della vita in ecosistemi praticamente anossici.
Il livello di specializzazione delle branchie è direttamente correlato alla fase evolutiva della specie, e sono sicuramente il modo più efficiente per ottenere ossigeno nei sistemi acquatici..
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