Biología de primaria y secundaria · Grades 1–9
47Cómo respiran los animales
La trucha de debajo del puente, la lombriz de debajo del césped, la libélula que vuela encima y tú, que estás de pie ahí, hacéis todos lo mismo en este minuto: tomar oxígeno de vuestro entorno (Definición 46.1). Pero vuestros entornos son distintos — aire, suelo, agua — y el equipo también. Este capítulo es un recorrido por las máquinas de respirar del reino animal.
47.1 Un mismo problema, cuatro máquinas
Proposición 47.1 (El pliego de condiciones común)
Todos los órganos respiratorios, sea quien sea su dueño, están construidos según un mismo pliego de condiciones, ya visto en la Observación 26.4: una superficie grande, fina y húmeda donde la sangre del animal (o su líquido corporal) se acerca lo bastante a su entorno para que el oxígeno pase hacia dentro y el dióxido de carbono hacia fuera. Grande, para que el paso baste; fina, para que el paso sea fácil; húmeda, porque los gases pasan disueltos. Las máquinas se diferencian en cómo mantienen esa superficie contra el entorno.
Demostración. Admitido a este nivel. ∎
Definición 47.2 (Las cuatro máquinas)
Los animales sostienen sus superficies de intercambio de cuatro maneras principales:
- los pulmones: bolsas llenas de aire plegadas dentro del cuerpo, ventiladas por movimientos respiratorios — mamíferos, aves, reptiles y anfibios adultos;
- las branquias: superficies plumosas sostenidas fuera o en el borde del cuerpo, lavadas por una corriente de agua — peces (Ejercicio 26.11), renacuajos, muchas larvas acuáticas, mejillones;
- las tráqueas: una red de tubos de aire finos, conducidos desde unas aberturas repartidas por el cuerpo directamente hasta todos los órganos — los insectos; el aire se reparte puerta a puerta y casi sin ayuda de la sangre;
- la respiración cutánea: toda la piel húmeda como superficie de intercambio — la lombriz de tierra por completo; y los anfibios como gran complemento de sus pulmones sencillos.
Ejemplo 47.3 (Ver las máquinas en marcha)
Cada máquina enseña su ritmo. La boca y los opérculos de la trucha bombean alternándose sin parar — el agua entra por la boca, pasa sobre las branquias y sale por debajo de los opérculos. El abdomen de un saltamontes en reposo late — bombeando sus tubos de aire. La garganta de la rana palpita — empujando el aire a sus pulmones (no tiene caja torácica que lo haga). Solo la lombriz no enseña nada: la respiración cutánea no tiene ningún movimiento, que es justo por lo que la Definición 46.1 distinguió el intercambio del bombeo.
47.2 La máquina encaja con el medio — y con la vida
Proposición 47.4 (Por qué cada máquina en cada sitio)
Las máquinas se corresponden con los medios y con las vidas (la Definición 28.1 aplicada a la respiración):
- las branquias le van al agua: sus superficies plumosas se separan flotando en ella y se lavan sin parar — y se aplastan inservibles en el aire (la trucha asfixiada del Ejercicio 26.11);
- los pulmones le van al aire: plegados por dentro, se mantienen húmedos donde el agua libre se perdería — pero no pueden cosechar el escaso oxígeno disuelto del agua;
- las tráqueas les van a los cuerpos pequeños: magníficas en distancias de milímetros, reparten demasiado despacio en las largas — una razón de que los insectos se queden pequeños;
- la respiración cutánea les va a las vidas pequeñas y de piel húmeda en sitios húmedos: toda la superficie de la lombriz apenas le da para su cuerpo delgado, y el aire seco la mata — acuérdate de las lombrices varadas después de la lluvia.
Demostración. Admitido a este nivel. ∎
Ejemplo 47.5 (Dos vidas, dos máquinas en un mismo animal)
La rana recorre el capítulo entero en una sola vida: branquias de renacuajo (la máquina de quien vive en el agua, Ejemplo 8.7), y pulmones más piel húmeda de adulta — con los pulmones sencillos y la piel haciendo buena parte del trabajo, sobre todo durante el frío invierno en el fondo de la charca (Ejercicio 38.11: esa rana aletargada respira solo por la piel). La metamorfosis reconstruye hasta la maquinaria respiratoria.
Ejemplo 47.6 (Respirar aire viviendo en el agua)
Los que viven en el agua y tienen pulmones se tienen que desplazar. El delfín y la ballena salen a la superficie a soplar y a tomar aire (Ejemplo 44.5: pulmones de mamífero, heredados de antepasados terrestres); el caracol de charca sube a la superficie a rellenar; el escarabajo buceador lleva una burbuja de aire plateada bajo los élitros — una botella de buceo, renovada en la superficie. El hábitat es negociable; el medio de la máquina, no.
Método 47.7 (Leer la respiración de un animal)
Ante un animal desconocido:
- ¿dónde vive — y puede salir de ahí? (agua, aire, suelo; de ida y vuelta o residente);
- busca las señales de la máquina: opérculos o penachos plumosos; orificios nasales y un pecho que se mueve; filas de aberturas diminutas a lo largo de un cuerpo de insecto; o nada visible, solo una piel húmeda;
- observa el ritmo: opérculos que bombean, abdomen que late, pecho que sube, visitas a la superficie;
- nombra la máquina — y compruébala con el medio usando la Proposición 47.4.
Observación 47.8 (El pliego de condiciones no cambia nunca)
Bajo tanta variedad, mira de cerca cualquiera de las cuatro máquinas y reaparece la Proposición 47.1: las plumas de la branquia, las bolsas del pulmón, las puntas más finas de las tráqueas y la piel de la lombriz son todas puntos de encuentro grandes, finos y húmedos entre el entorno y el cuerpo. Cuatro máquinas, un solo pliego de condiciones — la unidad de la vida (Proposición 29.2), escrita en el equipo de respirar.
47.3 Ejercicios
Ejercicio 47.1 ★
Enuncia el pliego de condiciones común que cumplen todos los órganos respiratorios y por qué importa cada una de sus tres propiedades.
Ejercicio 47.2 ★
Nombra las cuatro máquinas, cada una con dos dueños.
Solución
Solución de Ejercicio 47.2.
Pulmones: mamíferos, aves (también reptiles y anfibios adultos). Branquias: peces, renacuajos (también mejillones y larvas acuáticas). Tráqueas: saltamontes, abejas — los insectos en general. Respiración cutánea: la lombriz de tierra; y los anfibios como complemento.
Ejercicio 47.3 ★
Describe el bombeo de la trucha: el camino del agua al entrar, al atravesar y al salir.
Solución
Solución de Ejercicio 47.3.
El agua entra por la boca, se empuja sobre las branquias plumosas — donde ocurre el intercambio — y sale por debajo de los opérculos: una corriente de un solo sentido, bombeada por la boca y los opérculos alternándose.
Ejercicio 47.4 ★
¿Cómo reparten oxígeno los insectos sin pulmones — y casi sin ayuda de la sangre?
Ejercicio 47.5 ★
¿Por qué se asfixia una trucha varada en un aire rico en oxígeno?
Solución
Solución de Ejercicio 47.5.
Fuera del agua, sus superficies branquiales plumosas se aplastan y se pegan unas a otras: la gran superficie se reduce a casi nada, y sin superficie no hay paso — oxígeno de sobra y ninguna máquina para tomarlo.
Ejercicio 47.6 ★
¿Por qué mata a una lombriz de la acera un sol seco? ¿Qué máquina falla y cómo?
Solución
Solución de Ejercicio 47.6.
La respiración cutánea — y falla la condición de humedad: la piel que se seca ya no puede dejar pasar gases y la lombriz se asfixia al aire libre. Ser grande y fina no salva a una superficie que ya no está húmeda.
Ejercicio 47.7 ★★
Enumera las máquinas de respirar de la rana a lo largo de su vida, cada una con su estación o su etapa.
Ejercicio 47.8 ★★
El delfín vive como un pez pero se ahoga como una persona. Explícalo con la máquina y la ascendencia (Ejemplo 44.5).
Solución
Solución de Ejercicio 47.8.
Su máquina es el pulmón — heredado de antepasados terrestres que alimentaban con leche — así que tiene que salir a la superficie a respirar aire, por muy de pez que sea su vida: si se lo mantiene debajo, se ahoga. El vestido es del agua; la máquina, de la familia.
Ejercicio 47.9 ★★
¿Qué es la burbuja plateada del escarabajo buceador y qué tiene que hacer con ella periódicamente?
Solución
Solución de Ejercicio 47.9.
Una reserva de aire que lleva encima — una botella de buceo bajo los élitros, de la que tiran sus tráqueas. Tiene que volver a la superficie periódicamente para renovar la burbuja.
Ejercicio 47.10 ★★
Pásale el Método 47.7 a: (a) un mejillón; (b) un saltamontes; (c) una culebra que cruza la charca a nado.
Solución
Solución de Ejercicio 47.10.
(a) Mejillón: residente del agua, sin movimientos visibles pero con branquias dentro de la concha, lavadas por una corriente bombeada. (b) Saltamontes: residente del aire; filas de aberturas diminutas, abdomen que late — tráqueas. (c) Culebra: un reptil que va y viene — pulmones; nada con los orificios nasales fuera y sale a la superficie a respirar.
Ejercicio 47.11 ★★
¿Por qué no hay insectos del tamaño de una ballena? Responde con el límite de las tráqueas.
Solución
Solución de Ejercicio 47.11.
Las tráqueas reparten con tubos de aire ramificados, magníficos en milímetros y demasiado lentos en distancias largas: en un cuerpo del tamaño de una ballena, las entrañas quedarían demasiado lejos de cualquier abertura. La máquina pone un techo de tamaño, y los insectos viven por debajo de él.
Ejercicio 47.12 ★★★
“Cuatro máquinas, un solo pliego de condiciones”. Defiende la frase: nombra el pliego compartido y enseña cómo cumplen sus tres exigencias la branquia, el pulmón, las tráqueas y la piel.
Solución
Solución de Ejercicio 47.12.
El pliego: una superficie de encuentro grande, fina y húmeda entre el cuerpo y el entorno. Las branquias lo cumplen con superficies plumosas desplegadas por el agua; los pulmones, con millones de bolsas plegadas a resguardo y en húmedo; las tráqueas, con la superficie interior sumada de sus puntas más finas, húmedas en los extremos; y la piel, con todo el exterior húmedo del cuerpo mantenido grande respecto de un cuerpo pequeño y delgado. Cuatro soportes, una sola cosa sostenida.
47.4 Problema: El censo de respiradores de la charca
Problema 47.1
Problema de fin de semana — una charca, todas las máquinas en marcha
Una tarde en la charca con red, caja de observación y cuaderno. El censo: alevines de trucha y espinosos; renacuajos (algunos con patas traseras); ranas adultas; caracoles de charca paseando por la película de la superficie; un escarabajo buceador que destella plateado; larvas de efímera con penachos plumosos bajo las piedras; y, en el césped húmedo del talud, lombrices de tierra.
Parte I — Nombrar las máquinas.
- Asigna a cada miembro del censo su máquina de respirar.
- Los penachos plumosos de la larva de efímera se agitan sin parar incluso en agua quieta. ¿Qué son y para qué es la agitación?
- ¿Qué miembros del censo tienen que visitar la superficie y por qué justamente esos?
- Los renacuajos sin patas y los que ya las tienen se pueden diferenciar por dentro tanto como por fuera. ¿Qué reconstrucción está en marcha, según el Ejemplo 47.5?
Parte II — Las máquinas bajo presión.
- Una semana calurosa y sin viento baja el oxígeno disuelto de la charca (el Capítulo 48 explicará por qué). Ordena el censo: ¿quién lo pasa mal primero — los que usan branquias o los que van y vienen a la superficie? ¿Por qué?
- Esa semana, los espinosos se quedan justo debajo de la superficie, con la boca trabajando en la película. Interpreta el comportamiento con el pliego de condiciones: ¿qué tiene de especial el milímetro de arriba del agua?
- Alguien que vadea sin cuidado levanta nubes de barro fino. ¿Qué máquina se atasca y qué esperarías que hicieran los animales afectados?
- Después de una noche de lluvia, las lombrices del césped están tiradas en el sendero. Explica la escena clásica: ¿qué máquina y qué condición las echaron arriba?
Parte III — El mapa más amplio.
- Monta el censo como una tabla: animal, máquina, medio, y si va y viene o es residente. ¿Qué único pliego de condiciones encabeza todas las columnas de máquina, según la Observación 47.8?
- La charca se hiela en enero y se sella la superficie. Predice los destinos invernales: las ranas (Ejercicio 38.11), los caracoles, el escarabajo, los peces — ¿quién tiene problemas y quién está cubierto?
- Llega una recién llegada: una araña de agua que teje una campana de seda y la abastece con aire de la superficie. Pon su truco al lado del del escarabajo y nombra la máquina a la que sigue sirviendo.
- Concluye: ¿por qué necesita una charca pequeña cuatro máquinas de respirar distintas para estar habitada del todo? Una frase, usando medio y oxígeno.
Solución
Solución de Problema 47.1.
1. Alevines de trucha y espinosos: branquias. Renacuajos: branquias (los que tienen patas, a media reconstrucción). Ranas adultas: pulmones más piel. Caracoles de charca: pulmones — van y vienen a la superficie. Escarabajo buceador: tráqueas, alimentadas por la burbuja que lleva encima. Larvas de efímera: branquias (los penachos plumosos). Lombrices: piel.
2. Branquias. La agitación renueva el agua contra la superficie branquial — una corriente fabricada por ella misma donde la charca quieta no da ninguna, para mantener en el punto de paso agua fresca cargada de oxígeno.
3. Los caracoles de charca, el escarabajo buceador, las ranas adultas (y cualquier culebra de visita): todos los que usan pulmones o burbuja — sus máquinas toman el oxígeno del aire, así que la superficie es su gasolinera.
4. La reconstrucción respiratoria de la metamorfosis: las branquias que servían al renacuajo sin patas se están cambiando por los pulmones (y la piel respiratoria) que necesitará la ranita de tierra.
5. Lo pasan mal primero los de branquias: todo su suministro es la reserva disuelta del agua, que va menguando. Los que van y vienen — caracol, escarabajo, rana — tiran del aire ilimitado de arriba y solo tienen que subir más a menudo.
6. El milímetro de arriba toca el aire: allí el oxígeno se disuelve desde arriba, así que la capa de la película es el agua menos pobre de una charca que se asfixia. Los espinosos están haciendo cola en el último pozo.
7. Se atascan las branquias: el barro fino se posa en las superficies plumosas y bloquea el paso. Es de esperar que los que respiran por branquias huyan de la nube y que el bombeo de opérculos se vuelva trabajoso — con espasmos de tos para despejar el limo.
8. La respiración cutánea, y la condición de húmedo pero sin aire: las galerías encharcadas tienen demasiado poco oxígeno, así que las lombrices salen a respirar — cambian asfixiarse abajo por el riesgo de secarse arriba.
9. La tabla, tal como se pide (máquina y medio por animal; van y vienen: caracol, escarabajo, rana). Encabezando todas las columnas: la superficie de intercambio grande, fina y húmeda — el único pliego de condiciones que sostienen las cuatro máquinas.
10. Ranas: cubiertas — amodorradas en el barro y respirando por la piel su pequeña necesidad invernal. Caracoles y escarabajo: con problemas — su superficie está sellada; pasan el invierno aletargados, con las necesidades bajadas o con burbujas atrapadas. Peces: cubiertos mientras dure la reserva del agua — el frío frena todos los ruidos de motor (Ejemplo 46.7), y las branquias sirven a la demanda reducida bajo el hielo.
11. La campana de seda de la araña es un depósito de aire fijo donde la burbuja del escarabajo es uno portátil: los dos guardan aire de la superficie bajo el agua y los dos siguen sirviendo a una máquina de aire (el equipo de pulmones en libro y tráqueas de la araña) en el medio equivocado.
12. Porque la charca ofrece oxígeno en dos medios — escaso y disuelto abajo, abundante arriba — y cada máquina cosecha un medio a un tamaño de vida: solo con las cuatro trabajando queda habitado cada rincón, del barro a la película de la superficie.