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

10 เรื่องที่คุณอาจจะยังไม่รู้เกี่ยวกับไอน์สไตน์

10 เรื่องที่คุณอาจจะยังไม่รู้เกี่ยวกับ ไอน์สไตน์ 1.เขาละทิ้งสัญชาติเยอรมันเมื่ออายุ 16 ในช่วงวัยรุ่น อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ รังเกียจความเป็นชาตินิยมทุกรูปแบบ และสนใจที่จะเป็น “พลเมืองของโลก” เสียมากกว่า  เมื่อเขาอายุ 16 เขาละทิ้งสัญชาติ และเป็นคนไร้สัญชาติจนกระทั่งเขาได้รับสัญชาติสวิสในปีค.ศ. 1901 2.ไอน์สไตน์แต่งงานกับนักเรียนหญิงคนเดียวในคลาสวิชาฟิสิกส์ของเขา มิเลวา มาริค เป็นเพียงนักเรียนหญิงคนเดียวในคลาสของไอน์สไตน์ ที่ซูริคโพลิเทคนิค เธอหลงใหลในคณิตศาสตร์และวิทยาศาสตร์ และ ปรารถนาเจะป็นนักฟิสิกส์ด้วยตัวเอง แต่เธอก็ล้มเลิกความตั้งใจนั้นไปเมื่อเธอแต่งงาน และกลายเป็นแม่ของลูกๆไอน์สไตน์ 3.แฟ้มประวัติไอน์สไตน์ของเอฟบีไอมีจำนวนถึง 1,427 หน้า ในปี 1933 เอฟบีไอเริ่มเก็บแฟ้มประวัติของไอน์สไตน์ ไม่นานก่อนที่เขาจะเดินทางมาสหรัฐฯครั้งที่สาม แฟ้มประวัตินี้มีมากถึง 1,427 หน้า มุ่งเน้นไปยังชีวิตของไอน์สไตน์ที่เกี่ยวข้องกับการเรียกร้องสันติภาพและองค์กรสังคมนิยม แม้แต่ เจ. เอ็ดการ์ ฮูเวอร์ (ผู้อำนวยการและผู้ก่อตั้งเอฟบีไอ) ยังแนะนำว่า ไอน์สไตน์ควรจะถูกห้ามเข้าอเมริกาตามพระราชบัญญัติกีดกันชาวต่างชาติ แต่เขาได้รับการปฏิเสธข้อหาเหล่านี้ 4.ไอน์สไตน์มีลูกนอกสมรส มิเลวาให้กำเนิดบุตรสาวนอกสมรสในปี 1902 ขณะที่อาศัยอยู่กับครอบครัวของเธอในเซอร์เบีย เด็กน้อยมีชื่อว่า ไลเซิล และนักประวัติศาสตร์เชื่อว่าเธอตายตั้งแต่ยังเป็นทารกด้วยโรคไข้อีดำอีแดง (โรคที่เกิดจากการติดเชื้อในระบบทางเดินหายใจซึ่งเกิดจากแบคทีเรีย) หรืออาจจะถูกรับไปเลี้ยง […]

มาชิมกัญ เมนูใหม่จากใบกัญชา

โรงพยาบาลเจ้าพระยาอภัยภูเบศรเปิดตัวเซ็ตอาหาร มาชิมกัญ เมนูหลากรสที่มีส่วนผสมจากใบกัญชา หลังจากมีประกาศปลดล็อกบางส่วนของกัญชา และกัญชง ให้สามารถนำไปใช้ประโยชน์ได้ โดยไม่จัดเป็นยาเสพติด ยกเว้นช่อดอก และเมล็ดกัญชา โดยส่วนที่นำมาใช้ได้นั้น ประกอบด้วย ใบที่ไม่ติดกับช่อดอก เปลือก ลำต้น เส้นใย กิ่ง ก้าน ราก ซึ่งไม่ถือว่าเป็นยาเสพติด ร้านอภัยภูเบศรเดย์สปาที่ตั้งอยู่ในโรงพยาบาลเจ้าพระยาอภัยภูเบศร ซึ่งดำเนินกิจการส่วนหนึ่งเกี่ยวกับอาหารอยู่แล้ว จึงเกิดแนวความคิดนำกัญชาซึ่งเป็นภูมิปัญญาดั้งเดิม มาแปลงเป็นหนึ่งในแผนการทำธุรกิจ ด้วยการเปิดตัวอาหารไทยฟิวชันภายใต้ชื่อ มาชิมกัญ โดยแนวคิดเริ่มต้นจากธุรกิจสปาของโรงพยาบาลฯ เติบโตขึ้นร้อยละ 10-20 ต่อปี แต่วัตถุดิบที่นำมาใช้ต้องนำเข้าจากต่างประเทศ จึงเกิดคำถามว่า ทำไมเราไม่ลองหันมาใช้วัตถุดิบที่หาได้ภายในประเทศ จากนั้นจึงประยุกต์ศาสตร์เรื่อง “ธาตุเจ้าเรือน” เข้ามาปรับใช้ ปัจจุบัน ทางโรงพยาบาลฯ ได้ถ่ายทอดองค์ความรู้เรื่องการทำสปาจากวัตถุดิบในประเทศให้แก่องค์กรเอกชนเป็นที่เรียบร้อย ตำราการแพทย์แผนไทยกว่าหลายร้อยปีมีการบันทึกลงในสมุดไทย สมุดข่อย ใบลาน หรือวัสดุอื่นใดที่มีการถ่ายทอดและคัดลอกสืบต่อกันมา เรื่อง “ธาตุเจ้าเรือน” ว่าเป็นธาตุหลักประจำตัว ซึ่งร่างกายมนุษย์ประกอบไปด้วยธาตุทั้ง 4 คือ ดิน น้ำ ลม ไฟ หากธาตุเหล่านี้สมดุลกันร่างกายก็จะแข็งแรง โดยเฉพาะเรื่องการกิน ถ้าเลือกกินอาหารถูกกับธาตุจะช่วยปรับสมดุลให้ร่างกายได้ […]

อาร์โทรโพดา (Arthropoda)

สัตว์ขาข้อ หรือ อาร์โทรโพดา จัดเป็นกลุ่มสัตว์ที่มีความหลากหลายทางชนิดพันธุ์มากที่สุดในโลก อาร์โทรโพดา (Arthropoda) คือหนึ่งในเก้าหมวด หรือไฟลัม (Phylum) ของอาณาจักรสัตว์ (Kingdom Animalia) ในการจัดจำแนกสิ่งมีชีวิตตามหลักอนุกรมวิธานวิทยา (Taxonomy) โดยสัตว์ในไฟลัมอาร์โทรโพดา คือกลุ่มของสัตว์ไม่มีกระดูกสันหลัง (Invertebrate) ที่ถูกเรียกรวมกันว่า สัตว์ขาข้อ (Arthropod) เช่น แมงดาทะเล แมงมุม เห็บ กุ้ง ปู กิ้งกือ ตะขาบ และแมลงต่าง ๆ ซึ่งไฟลัมอาร์โทรโพดายังเป็นกลุ่มของสัตว์ที่มีความหลากหลายทางชนิดพันธุ์สูงสุดในโลก จากความสามารถในการปรับตัวให้เข้ากับสภาพแวดล้อมที่เปลี่ยนแปลงไปของโลกได้อย่างยอดเยี่ยม และในปัจจุบันมีการค้นพบสัตว์ขาข้อเหล่านี้มากกว่า 1.2 ล้านชนิด หรือคิดเป็นร้อยละ 80 ของสิ่งมีชีวิตในอาณาจักรสัตว์ทั้งหมด คำว่า “อาร์โทร” (Arthron) แปลว่า “ข้อต่อ” และ “พอโดส” (Podos) แปลว่า “เท้า” ในภาษากรีก ลักษณะสำคัญของสัตว์ในไฟลัม อาร์โทรโพดา  มีรูปร่างสมมาตรแบบครึ่งซีกหรือสมมาตรแบบซ้ายขวา (Bilateral symmetry)   มีลำตัวเป็นข้อปล้อง ซึ่งสามารถแบ่งออกเป็น 3 […]

พืชใบเลี้ยงเดี่ยว (Monocotyledon)

พืชใบเลี้ยงเดี่ยว สามารถจัดจำแนกได้จากหลายลักษณะ ทั้งลักษณะกายภาพภายนอก ลักษณะของท่อลำเลียง และระบบราก ในการจัดหมวดหมู่พืช เกณฑ์ที่ใช้สามารถแสดงถึงสายสัมพันธ์ของพืชได้อย่างใกล้ชิดที่สุด คือ การจำแนกตามระบบสืบพันธุ์ ทำให้พืชพรรณทั้งหลาย สามารถแบ่งออกเป็น 2 กลุ่มใหญ่ ได้แก่ พืชมีดอกและพืชไม่มีดอก โดยในกลุ่มพืชมีดอกนั้น ยังสามารถจำแนกออกเป็น 2 กลุ่มย่อย ได้แก่ พืชใบเลี้ยงเดี่ยว และพืชใบเลี้ยงคู่ นิยามของพืชใบเลี้ยงเดี่ยว (Monocotyledon หรือ Liliopsida) คือ พืชที่มีใบเลี้ยงเพียงใบเดียว เมื่อเมล็ดพันธุ์เริ่มงอก มีการเจริญเติบโตของลำต้นส่วนใหญ่อยู่ใต้พื้นดิน มีระบบรากเป็นรากฝอย ซึ่งเมื่อพืชใบเลี้ยงเดี่ยวเจริญเติบโตเต็มที่แล้ว ตามบริเวณลำต้นจะเกิดข้อและปล้องขึ้นชัดเจน โดยที่ภายในลำต้นจะมีกลุ่มเนื้อเยื่อลำเลียงกระจัดกระจายอยู่อย่างไม่เป็นระเบียบ จึงทำให้พืชใบเลี้ยงเดี่ยวไม่มีการเจริญเติบโตออกทางด้านข้าง ไม่มีกิ่งก้านสาขาเหมือนพืชยืนต้นขนาดใหญ่ทั้งหลาย อ่านเพิ่มเติมเรื่อง การงอกของเมล็ดพืช พืชใบเลี้ยงเดี่ยวส่วนใหญ่ จึงเป็นพืชล้มลุกที่มีอายุสั้น (ราว 1 ปี) มีลักษณะใบเรียวยาวและตั้งตรง โดยมีเส้นใบเรียงตัวกันในแนวขนาน และมีจำนวนใบเรียงตัวกันเป็นเลขคี่หรือใบเดี่ยว ส่วนของกลีบดอกจะมีจำนวน 3 กลีบ หรือเท่าทวีคูณของ 3 ขึ้นไป ตัวอย่างพืชใบเลี้ยงเดี่ยวที่สำคัญ พืชใบเลี้ยงเดี่ยวบนโลกมีมากถึง 67,000 […]