Intercambio de Gases y Excreción en Animales y Plantas

Respiración en Animales

La respiración celular, idéntica en animales y vegetales, implica un continuo intercambio de gases entre las células y el medio externo, que se produce por medio del sistema respiratorio (respiración externa). Este proceso se rige por leyes físicas, ya que los gases se desplazan desde zonas de mayor concentración hacia zonas de menor concentración.

Superficies de Intercambio

El elemento fundamental de cualquier sistema respiratorio es la superficie respiratoria, que es la región a través de la cual se realiza el intercambio de gases.

Características

• Paredes delgadas que favorezcan la difusión.
• Superficie húmeda, ya que el O₂ y el CO₂ se difunden a través de las superficies respiratorias después de disolverse en agua.
• Gran número de vasos sanguíneos para facilitar el intercambio de gases entre el exterior y el líquido de transporte.

Sistemas Respiratorios

En animales acuáticos poco evolucionados, como esponjas, cnidarios o platelmintos, no existen estructuras especializadas. El O₂ disuelto en el agua se incorpora a las células por difusión. En animales más evolucionados, existen diferentes sistemas: cutáneo, traqueal, branquial y pulmonar.

Respiración Cutánea

Presente en animales que viven en ambientes acuáticos o húmedos (moluscos, anélidos y anfibios), aunque puede estar complementada con la respiración branquial o pulmonar. El intercambio gaseoso se realiza a través de la piel, que es delgada, húmeda y con una gran cantidad de capilares sanguíneos.

Respiración Traqueal

Característica de insectos y artrópodos terrestres. El aire es transportado a las células a través de tráqueas, invaginaciones tubulares de la pared corporal reforzadas con quitina, que se abren al exterior por espiráculos. La zona final del sistema traqueal la forman las traqueolas. La renovación del aire (ventilación) se produce mediante movimientos corporales o de las tráqueas. Los insectos voladores tienen sacos aéreos para una ventilación más rápida.

Respiración Branquial

Muy eficaz en medios acuáticos, donde el O₂ disuelto es escaso (1% en volumen). Las branquias son prolongaciones de la superficie corporal, altamente vascularizadas, con formas filamentosas, laminares o arborescentes (anélidos, moluscos, crustáceos, peces y larvas de anfibios e insectos).

Ventilación Branquial

El intercambio gaseoso se realiza mediante intercambio contracorriente: el agua circula sobre las laminillas branquiales en dirección contraria a la sangre en los capilares. La ventilación depende del animal:

• Peces cartilaginosos: el agua entra por espiráculos y sale por hendiduras branquiales.
• Peces óseos: las branquias están cubiertas por el opérculo. Cada branquia tiene filamentos con laminillas branquiales cubiertas de capilares.

Respiración Pulmonar

Exclusiva de algunos vertebrados (anfibios, reptiles, aves y mamíferos). El intercambio gaseoso se realiza en los pulmones, cavidades internas con paredes finas y vascularizadas. El aire pasa por boca/fosas nasales, faringe, laringe, tráquea, bronquios, bronquiolos, conductos alveolares y alvéolos.

Evolución del Sistema Respiratorio Pulmonar

Tres adaptaciones clave:

• Mayor superficie de intercambio.
• Mecanismos de ventilación: el aire entra y sale de los pulmones por cambios de volumen en la cavidad torácica, producidos por la contracción y relajación de los músculos.
• Mejor circulación pulmonar: en aves y mamíferos, la circulación es completa, lo que aumenta la eficacia.

Aparato Respiratorio de Aves

Mayor superficie de intercambio gracias a los sacos aéreos, extensiones en forma de bolsa en la pared pulmonar, que actúan como fuelles.

Obtención de Energía a Partir de Nutrientes

Los alimentos se degradan (catabolismo celular) para liberar energía. Este proceso requiere oxígeno y produce energía y desechos (agua, CO₂ y residuos nitrogenados). En animales, la eliminación de desechos se realiza mediante estructuras especializadas (aparato respiratorio y excretor). Parte de la energía se disipa como calor, y otra parte se almacena en ATP. Los seres vivos emplean la respiración celular (aeróbica) y la fermentación (anaeróbica).

Utilización de Energía en Seres Vivos

Animales:

• Trabajo mecánico (contracción muscular).
• Transmisión del impulso nervioso.
• Transporte de sustancias.
• Regulación de la temperatura corporal (homeotermos).

Vegetales:

• Absorción de nutrientes del suelo.
• Apertura y cierre de estomas.
• Transporte de nutrientes.

Sistemas Excretores de Invertebrados

• Protonefridios: tubos ramificados con células ciliadas (células flamígeras) o flageladas (platelmintos).
• Túbulos de Malpighi: tubos delgados cerrados en un extremo y abiertos al aparato digestivo (insectos).
• Metanefridios: tubos enrollados, rodeados de capilares, con dos aberturas: nefrostoma y nefridioporo.
• Glándulas verdes/antenales: saco ciego, túbulo y vejiga que elimina desechos por el nefridioporo.

Órganos Excretores de Vertebrados

• Glándulas sudoríparas: eliminan desechos, regulan la concentración iónica y la temperatura.
• Hígado: metaboliza pigmentos biliares (bilirrubina) y elimina desechos por el intestino. Aves marinas y tortugas marinas eliminan sal por la glándula de la sal.

Excreción en Animales

El catabolismo celular genera productos de desecho que se eliminan por excreción (sistema excretor). Este sistema regula el volumen de líquidos y mantiene la homeostasis.

Productos de Desecho en los Animales

• No nitrogenados: CO₂ y agua.
• Nitrogenados: amoníaco, urea o ácido úrico.
• Amoniotélicos: excretan amoníaco.
• Ureotélicos: excretan urea (tiburones y mamíferos).
• Uricotélicos: excretan ácido úrico (ovíparos terrestres).

Respiración en Vegetales

Los vegetales necesitan O₂ para la respiración celular y CO₂ para la fotosíntesis.

Particularidades:

• Menor necesidad de O₂.
• Tejidos cercanos al exterior.
• Espacios intercelulares.

Relación entre Fotosíntesis y Respiración Celular

La respiración celular es independiente de la luz (24 horas). La fotosíntesis produce O₂ y consume CO₂ solo durante el día.

• Fotosíntesis: CO₂ + H₂O + luz → materia orgánica + O₂
• Respiración celular: consume O₂ y libera CO₂.

Durante el día, la fotosíntesis produce más O₂ que el CO₂ liberado por la respiración. Durante la noche, solo se libera CO₂.