การแลกเปลี่ยนก๊าซ ในสิ่งมีชีวิตจำแนกเป็นกี่ประเภท สัตว์แต่ละชนิดมีระบบแตกต่างกันอย่างไร

การแลกเปลี่ยนก๊าซ (Gas Exchange)

สิ่งมีชีวิตทุกชนิดต่างต้องการพลังงาน เพื่อนำมาใช้ในกิจกรรมต่าง ๆ ของการดำรงชีวิต โดยพลังงานส่วนใหญ่ได้มาจากการย่อยสลายโมเลกุลสารอาหารหรือกระบวนการที่เรียกว่า “การแลกเปลี่ยนก๊าซ” (Gas Exchange) และ “ระบบหายใจ” (Respiratory Systems) ซึ่งจำเป็นต้องใช้ก๊าซออกซิเจน (Oxygen: O2) เพื่อก่อให้เกิดปฏิกิริยาเคมีต่าง ๆ โดยสิ่งมีชีวิตแต่ละชนิดมีกลไกและอวัยวะที่ใช้ในการแลกเปลี่ยนก๊าซแตกต่างกันออกไปตามความซับซ้อนทางโครงสร้างร่างกาย และสภาพแวดล้อมหรือถิ่นที่อยู่อาศัย

ขั้นตอนของกระบวนการหายใจ สามารถแบ่งออกเป็น 2 ขั้นตอน คือ

  • การหายใจภายนอกเซลล์ (External Respiration หรือ Breathing) คือ การนำอากาศเข้าสู่เซลล์หรือร่างกาย ก่อนเกิดการแลกเปลี่ยนก๊าซระหว่างสิ่งแวดล้อมกับอวัยวะที่ใช้หายใจ เช่น ปอด เหงือก ผิวหนัง ท่อลม และปากใบของพืช เป็นต้น
  • การหายใจภายในเซลล์ (Internal Respiration หรือ Cellular Respiration) คือ ขั้นตอนของการย่อยสลายสารอาหาร เพื่อให้ได้มาซึ่งพลังงาน เป็นกระบวนการที่ต้องอาศัยออกซิเจนและปฏิกิริยาทางเคมีที่สลับซับซ้อน

ซึ่งสิ่งมีชีวิตบางชนิดไม่จำเป็นต้องมีกระบวนการหายใจครบทั้ง 2 ขั้นตอน ในสิ่งมีชีวิตเซลล์เดียว เช่น โพรโทซัว สาหร่ายเซลล์เดียว และจุลินทรีย์ สามารถอาศัยขั้นตอนการหายใจภายในเซลล์เพียงขั้นตอนเดียวในการดำรงชีวิต

แลกเปลี่ยนก๊าซที่ผิวหนัง, การแลกเปลี่ยนก๊าซ, การหายใจ, แลกเปลี่ยนก๊าซ

ดังนั้น การแลกเปลี่ยนก๊าซ (Gas exchange) คือ การนำก๊าซออกซิเจนจากสิ่งแวดล้อมเข้าสู่เซลล์ต่าง ๆ ของร่างกาย เพื่อให้เกิดกระบวนการหายใจระดับเซลล์และนำของเสียจากการสลายสารอาหารหรือก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ออกสู่สิ่งแวดล้อมภายนอก เป็นกระบวนการที่เกิดขึ้นโดยอาศัยการแพร่ของสสารผ่านเยื่อหุ้มเซลล์หรือผ่านพื้นผิวที่ใช้ในการแลกเปลี่ยนก๊าซ (Respiratory Surface) ที่มีลักษณะสำคัญ ดังนี้

  • มีความชุ่มชื้นอยู่เสมอ เนื่องจากก๊าซที่ผ่านเยื่อหุ้มเซลล์เข้าไปได้จำเป็นต้องอยู่ในรูปของสารละลาย
  • มีเยื่อหรือมีผนังบาง เพื่อให้ก๊าซสามารถแพร่ผ่านเข้าและออกได้ง่าย
  • มีเส้นเลือดมาหล่อเลี้ยงจำนวนมาก
  • มีพื้นที่ผิวสัมผัสมาก

โครงสร้างหรืออวัยวะที่ใช้ในการแลกเปลี่ยนก๊าซของสิ่งมีชีวิต สามารถจำแนกออกเป็น 4 ประเภท ได้แก่

พื้นผิวของร่างกาย (Body Surface)

มักพบในสิ่งมีชีวิตหรือสัตว์ขนาดเล็กที่มีสัดส่วนของพื้นที่ต่อปริมาตรสูง อย่างเช่น การมีขนาดลำตัวตัวเล็กหรือมีลักษณะลำตัวยาวและแบน เป็นต้น โดยสิ่งมีชีวิตเหล่านี้ สามารถใช้ผิวหนังทั่วร่างกายเป็นพื้นที่หายใจ จากการมีผิวหนังบางที่ประกอบขึ้นจากเซลล์จำนวนไม่มากนัก ทำให้ก๊าซออกซิเจนและคาร์บอนไดออกไซด์สามารถแพร่ผ่านเข้าและออกจากร่างกายได้โดยไม่ต้องอาศัยระบบทางเดินหายใจ

ตัวอย่าง โพรโทซัว ฟองน้ำ พยาธิตัวแบน และไส้เดือนดิน

เหงือก (Gill)

เป็นอวัยวะที่ใช้ในการหายใจของสัตว์น้ำหลายชนิด โดยเหงือกทำหน้าที่แลกเปลี่ยนก๊าซออกซิเจนที่ละลายอยู่น้ำ สามารถเปิดและปิดเพื่อเพิ่มพื้นผิวสัมผัสให้น้ำไหลผ่าน อีกทั้ง ในเหงือกของสัตว์ที่มีวิวัฒนาการสูงบางชนิด เช่น ปลากระดูกแข็ง จะมีหลอดเลือดฝอย (Capillaries) มาหล่อเลี้ยงจำนวนมาก และมีเยื่อผิวบางที่ทำให้การแลกเปลี่ยนก๊าซเกิดขึ้นได้ง่าย

ตัวอย่าง ปลา กุ้ง ปลาดาว และหนอนทะเล

ท่อลม (Trachea)

เป็นโครงสร้างที่มักพบมากในแมลง โดยเริ่มจากบริเวณกลางลำตัวที่มีท่อลมขนาดใหญ่ซึ่งแตกแขนงเป็นท่อขนาดเล็กที่เรียกว่า “ช่องหายใจ” (Spiracle) แทรกไปตามเซลล์ในเนื้อเยื่อ โดยทั่วไปจะมีทั้งหมด 10 คู่ คือ ปล้องอก 2 คู่และปล้องท้อง 8 คู่ โดยที่ถัดจากช่องหายใจเข้าไปในลำตัวจะเป็นท่อลม (Trachea) ขนาดเล็กที่ยืดหดได้และท่อลมฝอย (Tracheole) ซึ่งปลายทางท่อลมจะมีผนังเนื้อเยื่อบางมากและมีของเหลวอาบอยู่บริเวณปลายท่อ เมื่ออากาศเดินทางมาตามท่อลมจะถูกละลายอยู่ในของเหลวดังกล่าว ก่อนแพร่เข้าสู่เนื้อเยื่อในบริเวณใกล้เคียง แมลงบางชนิดมีถุงลม (Air Sac) ขนาดใหญ่ช่วยเก็บอากาศไว้หายใจและช่วยอัดอากาศให้ผ่านเข้าออกได้เร็วขึ้น อีกทั้ง การเคลื่อนไหวของลำตัวแมลงทำให้ท่อลมเกิดการยืดหดช่วยให้อากาศไหลเวียนเข้าออกจากระบบท่อลมได้ดี ดังนั้น ระบบหมุนเวียนโลหิตของแมลงจึงมีบทบาทไม่มากนัก เนื่องจากเนื้อเยื่อของแมลงสามารถรับก๊าซออกซิเจนจากท่อลมย่อยได้โดยตรง

ตัวอย่าง แมลง จิ้งหรีด ตั๊กแตน

ปอด (Lung)

เป็นอวัยวะที่ใช้ในการหายใจของสัตว์ชั้นสูงที่อาศัยอยู่บนบกโดยทั่วไป เป็นระบบการแลกเปลี่ยนก๊าซที่เซลล์ต่าง ๆ ในร่างกายไม่ได้สัมผัสอากาศภายนอกโดยตรง ดังนั้น อากาศจึงถูกส่งผ่านมาทางรูจมูกและหลอดลมก่อนเดินทางเข้าสู่ปอด ซึ่งภายในปอด อากาศจะถูกส่งเข้าไปยังถุงลม (Alveolus) ขนาดเล็กจำนวนมาก ซึ่งบริเวณโดยรอบของถุงลมเหล่านี้ จะมีเส้นเลือดฝอยจำนวนมากที่ทำหน้าที่แลกเปลี่ยนก๊าซ มีเม็ดเลือดแดงทำหน้าที่ลำเลียงออกซิเจนจากถุงลมที่แพร่ผ่านเข้าไปในกระแสเลือดส่งไปยังเซลล์ต่าง ๆ ทั่วร่างกาย ก่อนลำเลียงคาร์บอนไดออกไซด์ที่เป็นของเสียออกนอกร่างกายในลักษณะเดียวกัน

ตัวอย่าง สัตว์ไม่มีกระดูกสันหลัง เช่น แมงมุม แมงป่อง หอยทาก เป็นต้น และในพวกสัตว์มีกระดูกสันหลัง เช่น นก สุนัข มนุษย์ เป็นต้น

เกร็ดความรู้ : การหายใจของนกนั้น แตกต่างไปจากสัตว์ชนิดอื่น ๆ เนื่องจากนกต้องการพลังงานในปริมาณมาก เพื่อใช้ในการลอยตัวและการบิน ดังนั้น กระดูกของนกจึงมีโพรงเพื่อให้มีน้ำหนักเบา โดยตามโพรงดังกล่าว จะมีถุงลมราว 8 ถึง 9 ถุงแทรกอยู่ เพื่อทำหน้าที่เก็บสำรองอากาศ เมื่ออากาศถูกส่งผ่านจากหลอดลมคอเข้าสู่หลอดลมและปอด อากาศบางส่วนจะถูกกักเก็บไว้ตามถุงลมเหล่านี้ หลังการแลกเปลี่ยนก๊าซภายในปอดเสร็จสิ้น อากาศจากถุงลมจะถูกนำเข้ามาแทนที่ ส่งผลให้นกสามารถแลกเปลี่ยนก๊าซได้ถึง 2 ครั้ง จากการหายใจเข้าเพียงครั้งเดียว

สืบค้นและเรียบเรียง
คัดคณัฐ ชื่นวงศ์อรุณ


อ้างอิง

สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี (สสวท.) – https://www.scimath.org/lesson-biology/item/6977-respiratory-system

โรงเรียนเฉลิมพระเกียรติสมเด็จพระศรีนครินทร์ – http://smd-s.kku.ac.th/home/images/Tutorial/Gas%20exchange%20of%20species.pdf

มหาวิทยาลัยมหิดล – https://il.mahidol.ac.th/e-media/respiration/L1T1_new.html

ครูบ้านนอกดอทคอม – https://www.kroobannok.com/news_file/p95104100642.pdf


เรื่องอื่นๆ ที่น่าสนใจ: ระบบแลกเปลี่ยนก๊าซของมนุษย์

 

เรื่องแนะนำ

เทอร์โมพลาสติก: พลาสติกที่รีไซเคิลได้

ผลิตภัณฑ์ต่างๆ ที่มนุษย์ใช้ประโยชน์อยู่ทุกวัน ต้องมีพลาสติกประเภท เทอร์โมพลาสติก เป็นหนึ่งในผลิตภัณฑ์ที่เราหยิบจับอย่างไม่รู้ตัว เช่น ขวดน้ำดื่ม บรรจุภัณฑ์เครื่องสำอาง ถึงบรรจุอาหาร และถุงหิ้ว เป็นต้น เทอร์โมพลาสติก (Thermoplastics) คือ พลาสติกพอลิเมอร์ (Plastic Polymer) ที่เกิดจากสารประกอบอินทรีย์หรือสารประกอบไฮโดรคาร์บอน (Hydrocarbons) ที่มีโครงสร้างเป็นโมเลกุลขนาดใหญ่เรียงเชื่อมชิดติดกันเป็นสายโซ่ตรงยาว นอกจากนี้ เมื่อสัมผัสกับความร้อนยังมีคุณสมบัติเปลี่ยนแปลงรูปลักษณ์ทางกายภาพได้ง่ายโดยเทอร์โมพลาสติกจะอ่อนตัวลงเมื่อได้รับความร้อนสูง โดยไม่สูญเสียสมบัติเฉพาะ และเมื่ออุณหภูมิลดต่ำลง เทอร์โมพลาสติกจะคืนกลับมามีโครงสร้างแข็งแรงทนทานอีกครั้ง ดังนั้น เทอร์โมพลาสติกจึงมีคุณสมบัติเหมาะสมสำหรับการขึ้นรูปผลิตภัณฑ์ต่าง ๆ รวมถึงเป็น “พลาสติกรีไซเคิล” ที่สามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้อีกครั้ง หลังผ่านกระบวนการบด หลอมเหลว และขึ้นรูปด้วยความร้อน ทอร์โมพลาสติกสามารถจำแนกออกเป็น 7 ชนิด 1. พอลิเอทธิลีน เทเรฟธาเลท (Polyethylene Terephthalate: [1] PETE) คือ พลาสติกใสที่มีลักษณะแข็ง เนื้อเหนียว ทนทานต่อแรงกระแทก และไม่เปราะบางแตกหักง่าย มีคุณสมบัติในการป้องกันการแพร่ผ่านของก๊าซได้ดี ประโยชน์ : นิยมนำมาใช้ในการผลิตขวดน้ำดื่ม ขวดน้ำมันพืช และขวดเครื่องปรุงอาหารต่าง […]

หมึกสายวงฟ้า ตัวเล็กจิ๋วแต่พิษร้ายแรง

ตั้งแต่กบลูกดอกสีเขียวนีออนไปจนถึงผีเสื้อจักรพรรดิ สิ่งมีชีวิตสีสันฉูดฉาดที่สุดในธรรมชาติบางชนิด วิวัฒนาการสีสันขึ้นมาเพื่อเป็นคำเตือนกับผู้ล่าว่า “อย่ายุ่งกับฉันนะ” เช่นเดียวกับ หมึกสายวงฟ้า หรือหมึกบลูริง ซึ่งมีสีสันสดใส และพบได้บ่อยที่นอกชายฝั่งเคียมา รัฐนิวเซาท์เวลส์ ประเทศออสเตรเลีย เมื่อ หมึกสายวงฟ้า ถูกคุกคามจากผู้ล่า วงแหวนสีน้ำเงินจะกะพริบวาววามไปทั่วร่างกายของพวกมัน เพื่อเป็นคำเตือนที่แสดงออกตามวิวัฒนาการ สำหรับผู้ล่าที่อาจจะกำลังคิดว่า หมึกบลูริงจะเป็นมื้ออาหารมื้อถัดไป หรือในกรณีของมนุษย์ สีน้ำเงินโดดเด่นฉูดฉาดดึงดูดความอยากรู้อยากเห็นของเราได้เสมอ ตั้งแต่ทะเลญี่ปุ่นจนถึงออสเตรเลีย มีหมึกสายวงฟ้ากระจายพันธุ์อยู่อย่างน้อย 10 ชนิดพันธุ์ บางชนิดพบได้ตามชายฝั่งน้ำตื้น ซึ่งเป็นสถานที่เดียวกันกับมนุษย์มักลงไปใช้ประโยชน์จากบริเวณนั้น ในประเทศไทย สามารถพบหมึกสายวงฟ้าได้ทั่วทะเลไทย ส่วนใหญ่อยู่ตามพื้นท้องทะเล หรือบางครั้งพวกมันติดมากับเรืออวนลาก สำหรับหมึกสายวงฟ้าที่พบในแนวปะการัง เป็นชนิดที่ไม่พบหรือมีน้อยมากในเมืองไทย https://pmdvod.nationalgeographic.com/NG_Video/331/259/00000159-651a-d262-a5d9-659fda590000-161222-specials-tos-blue-ring-octopus-841742__971967.mp4 แม้จะมีรูปร่างขนาดเล็กและลำตัวนุ่มนิ่ม แต่หมึกสายวงฟ้า (Hapalochlaena fasciata) เป็นหนึ่งในสิ่งมีชีวิตที่มีพิษร้ายแรงที่สุดในมหาสมุทร มันสามารถฆ่ามนุษย์ได้ด้วยการกัดเพียงครั้งเดียว ในน้ำลายของหมึกชนิดนี้มีส่วนผสมของพิษ เทโตรโดท็อกซิน (tetrodotoxin) เช่นเดียวกับที่พบในปลาปักเป้า ซึ่งออกฤทธิ์ต่อระบบประสาทอย่างรุนแรง ส่งผลให้ระบบหายใจล้มเหลว จากรายงานที่ผ่านมาพบว่า มีผู้เสียชีวิตอย่างน้อยสามรายในออสเตรเลียเนื่องจากปลาหมึกบลูริง แต่ในประเทศไทยยังไม่พบผู้เสียชีวิตจากหมึกสายวงฟ้า (ชมวิดีโอเพิ่มเติมได้ที่ https://video.nationalgeographic.com/video/news/00000161-e2c1-dcda-a37f-f3d792a70000) อย่างไรก็ตาม ไม่ได้หมายความว่า มนุษย์ควรกลัวพวกมัน “เช่นเดียวกับสัตว์ส่วนใหญ่ พวกมันจะโจมตีมนุษย์ก็ต่อเมื่อรู้สึกว่าตกอยู่ในอันตรายหรือถูกคุกคาม […]

ระบบภูมิคุ้มกัน (Immune System)

ระบบภูมิคุ้มกัน หนึ่งในระบบของร่างกายที่ต้องอาศัยการทำงานประสานกันหลายส่วนทั้งกลไกการตรวจสอบ และตอบสนองที่ถูกต้อง ระบบภูมิคุ้มกัน (Immune System) คือ กลไกภายในร่างกายที่ทำหน้าที่ป้องกันและต่อต้านอันตรายจากสิ่งแปลกปลอมต่าง ๆ ที่สามารถก่อให้โรคภัยไข้เจ็บ เมื่อเข้าสู่ร่างกายของมนุษย์ โดยเฉพาะเชื้อโรคชนิดต่าง ๆ  รวมไปถึงการทำหน้าที่ตรวจสอบและสร้างกลไกการตอบสนอง เพื่อกำจัดสิ่งแปลกปลอมเหล่านี้ ทำให้ระบบต่าง ๆ ภายในร่างกายสามารถกลับมาทำงานได้ตามปกติ โดยทั่วไปแล้ว สิ่งแปลกปลอมที่เข้าสู่ร่างกายหรือ “แอนติเจน” (Antigen) คือ โมเลกุลของโปรตีนที่สามารถทำการกระตุ้นให้ระบบภูมิคุ้มกันในร่างกายของสิ่งมีชีวิตเกิดการตอบสนอง เป็นสารก่อภูมิต้านทานที่นำไปสู่การสร้าง “แอนติบอดี” (Antibody) หรือสารประกอบที่ร่างกายสร้างขึ้นมา เพื่อมากำจัดและทำลายแอนติเจนหรือสารแปลกปลอมดังกล่าว สิ่งแปลกปลอมและเชื้อก่อโรค ในระบบภูมิคุ้มกัน มี “เซลล์เม็ดเลือดขาว” (White Blood Cell หรือ Leucocyte) ที่สำคัญไหลเวียนอยู่ในกระแสเลือด ซึ่งทำหน้าที่ป้องกันการแพร่กระจายของเชื้อโรคภายในร่างกายและช่วยกำจัดสารพิษ ของเสีย หรือเซลล์ที่ผิดปกติ ดังนั้น หน้าที่หลักของระบบภูมิคุ้มกันจึงประกอบด้วย ป้องกันและทำลายเชื้อโรคและสิ่งแปลกปลอมต่าง ๆ กำจัดเซลล์ที่เสื่อมสภาพออกจากระบบของร่างกาย เช่น เซลล์เม็ดเลือดแดงที่มีอายุมาก จับตาดูเซลล์ที่แปรสภาพผิดไปจากปกติ เช่น เซลล์ที่กำลังเติบโตไปเป็นเซลล์มะเร็ง เป็นต้น ระบบภูมิคุ้มกันสามารถจำแนกออกเป็น 2 […]