Biologia do ensino fundamental · Grades 1–9
47Como os animais respiram
A truta debaixo da ponte, a minhoca debaixo do gramado, a libélula acima dele e você em cima dele estão todos fazendo a mesma coisa neste minuto: retirando oxigênio do que está em volta (Definição 46.1). Mas o que está em volta de cada um é diferente — ar, solo, água — e o equipamento também. Este capítulo é uma visita às máquinas respiratórias do reino animal.
47.1 Um problema, quatro máquinas
Proposição 47.1 (A especificação comum)
Todo órgão respiratório, seja de quem for, é construído segundo uma única especificação, já encontrada na Observação 26.4: uma superfície grande, fina e úmida onde o sangue do animal (ou o líquido do corpo dele) chega perto o bastante do que está em volta para o oxigênio atravessar para dentro e o gás carbônico para fora. Grande para haver travessia suficiente; fina para a travessia ser fácil; úmida porque os gases atravessam dissolvidos. As máquinas diferem no jeito de manter essa superfície voltada para o meio.
Demonstração. Admitido neste nível. ∎
Definição 47.2 (As quatro máquinas)
Os animais mantêm as superfícies de troca deles de quatro jeitos principais:
- pulmões: bolsas cheias de ar dobradas dentro do corpo, ventiladas por movimentos respiratórios — mamíferos, aves, répteis, anfíbios adultos;
- brânquias: superfícies emplumadas mantidas fora do corpo ou na borda dele, lavadas por uma corrente de água — peixes (Exercício 26.11), girinos, muitas larvas aquáticas, mexilhões;
- traqueias: uma rede de tubos finos de ar canalizados de aberturas ao longo do corpo direto para cada órgão — os insetos; o ar é entregue de porta em porta, quase sem a ajuda do sangue;
- respiração pela pele: a pele úmida inteira como superfície de troca — a minhoca inteiramente; os anfíbios como um grande complemento aos pulmões simples deles.
Exemplo 47.3 (Observando as máquinas em funcionamento)
Cada máquina mostra o ritmo dela. A boca e os opérculos da truta bombeiam numa alternância constante — água entrando pela boca, passando pelas brânquias, saindo por baixo dos opérculos. O abdome do gafanhoto em repouso pulsa — bombeando os tubos de ar dele. A garganta do sapo palpita — empurrando ar para os pulmões dele (sem caixa torácica para fazer isso). Só a minhoca não mostra nada: a respiração pela pele não tem movimento nenhum, e é justamente por isso que a Definição 46.1 distinguiu a troca do bombeamento.
47.2 A máquina combina com o meio — e com a vida
Proposição 47.4 (Por que cada máquina em cada lugar)
As máquinas se encaixam nos meios e nas vidas (Definição 28.1 em ação sobre a respiração):
- as brânquias servem à água: as superfícies emplumadas delas se abrem flutuando nela, lavadas o tempo todo — e desabam inúteis no ar (a truta sufocando do Exercício 26.11);
- os pulmões servem ao ar: dobrados por dentro, eles continuam úmidos onde a água aberta se perderia — mas não conseguem colher o oxigênio dissolvido e escasso da água;
- as traqueias servem a corpos pequenos: excelentes em distâncias de milímetros, elas entregam devagar demais em distâncias longas — um dos motivos de os insetos continuarem pequenos;
- a respiração pela pele serve a vidas pequenas e de pele úmida em lugares úmidos: a superfície inteira da minhoca mal atende o corpo fino dela, e o ar seco a mata — lembre das minhocas encalhadas depois da chuva.
Demonstração. Admitido neste nível. ∎
Exemplo 47.5 (Duas vidas, duas máquinas num animal só)
O sapo percorre o capítulo inteiro numa vida só: brânquias enquanto girino (a máquina de quem mora na água, Exemplo 8.7), pulmões mais pele úmida quando adulto — com os pulmões simples e a pele fazendo boa parte do trabalho, principalmente no inverno frio no fundo da lagoa (o Exercício 38.11: aquele sapo dormente respira só pela pele). A metamorfose reconstrói até a maquinaria respiratória.
Exemplo 47.6 (Respirar ar vivendo na água)
Quem mora na água e tem pulmões precisa fazer o trajeto de ida e volta. O golfinho e a baleia sobem para soprar e inspirar (Exemplo 44.5: pulmões de mamífero, herdados de ancestrais terrestres); o caramujo de lagoa sobe até a superfície para reabastecer; o besouro mergulhador carrega uma bolha prateada de ar debaixo das asas duras — um cilindro de mergulho, renovado na superfície. O hábitat é negociável; o meio da máquina não é.
Método 47.7 (Ler a respiração de um animal)
Diante de um animal desconhecido:
- onde ele vive — e ele pode sair de lá? (água, ar, solo; morador ou visitante que faz o trajeto);
- procure os sinais da máquina: opérculos ou tufos emplumados; narinas e um peito que se mexe; fileiras de aberturas minúsculas ao longo do corpo de um inseto; ou nada visível, além de uma pele úmida;
- observe o ritmo: opérculos bombeando, abdome pulsando, peito subindo, visitas à superfície;
- diga o nome da máquina — e confira essa máquina com o meio, usando a Proposição 47.4.
Observação 47.8 (A especificação nunca muda)
Por baixo da variedade, examine de perto qualquer uma das quatro máquinas e a Proposição 47.1 reaparece: as plumas da brânquia, as bolsas do pulmão, as pontas mais finas das traqueias e a pele da minhoca são todas pontos de encontro grandes, finos e úmidos entre o meio e o corpo. Quatro máquinas, uma especificação — a unidade da vida (Proposição 29.2), escrita em equipamento respiratório.
47.3 Exercícios
Exercício 47.1 ★
Enuncie a especificação comum que todo órgão respiratório cumpre e por que cada uma das três propriedades dela importa.
Solução
Solução de Exercício 47.1.
Uma superfície de troca grande, fina e úmida onde o sangue (ou o líquido do corpo) encontra o meio. Grande: travessia total suficiente; fina: travessia fácil; úmida: os gases atravessam dissolvidos.
Exercício 47.2 ★
Diga as quatro máquinas, cada uma com dois donos.
Exercício 47.3 ★
Descreva o bombeamento da truta: o caminho da água ao entrar, ao atravessar e ao sair.
Solução
Solução de Exercício 47.3.
A água entra pela boca, é empurrada por cima das brânquias emplumadas — onde a troca acontece — e sai por baixo dos opérculos: uma corrente de mão única, bombeada pela boca e pelos opérculos em alternância.
Exercício 47.4 ★
Como os insetos entregam oxigênio sem pulmões — e quase sem a ajuda do sangue?
Exercício 47.5 ★
Por que uma truta encalhada sufoca num ar rico em oxigênio?
Exercício 47.6 ★
Por que o sol seco mata uma minhoca na calçada? Que máquina falha, e como?
Solução
Solução de Exercício 47.6.
A respiração pela pele — e a condição de umidade é que falha: a pele que resseca não consegue mais passar gases, e a minhoca sufoca ao ar livre. Grande e fina não salvam uma superfície que deixou de ser úmida.
Exercício 47.7 ★★
Liste as máquinas respiratórias do sapo ao longo da vida dele, cada uma com a estação ou a etapa correspondente.
Exercício 47.8 ★★
O golfinho vive como um peixe, mas se afoga como um homem. Explique com a máquina e com a ancestralidade (Exemplo 44.5).
Solução
Solução de Exercício 47.8.
A máquina dele é o pulmão — herdada de ancestrais terrestres que alimentavam com leite — então ele precisa subir para respirar ar, por mais parecida com a de um peixe que seja a vida dele: mantido debaixo d’água, ele se afoga. A roupa é da água; a máquina é da família.
Exercício 47.9 ★★
O que é a bolha prateada do besouro mergulhador, e o que o besouro precisa fazer com ela regularmente?
Solução
Solução de Exercício 47.9.
Um estoque de ar carregado — um cilindro de mergulho debaixo das asas duras, de onde as traqueias dele tiram ar. Ele precisa voltar à superfície regularmente para renovar a bolha.
Exercício 47.10 ★★
Rode o Método 47.7 em: (a) um mexilhão; (b) um gafanhoto; (c) uma cobra-d’água atravessando a lagoa a nado.
Solução
Solução de Exercício 47.10.
(a) Mexilhão: morador da água, sem movimentos visíveis, mas com brânquias dentro da concha, lavadas por uma corrente bombeada. (b) Gafanhoto: morador do ar; fileiras de aberturas minúsculas, abdome pulsando — traqueias. (c) Cobra-d’água: um réptil que faz o trajeto — pulmões; ela nada com as narinas para cima e sobe para respirar.
Exercício 47.11 ★★
Por que não existem insetos do tamanho de uma baleia? Responda com o limite das traqueias.
Solução
Solução de Exercício 47.11.
As traqueias entregam por tubos de ar que se ramificam, excelentes em milímetros e lentas demais em distâncias longas: as vísceras de um corpo do tamanho de uma baleia ficariam longe demais de qualquer abertura. A máquina impõe um teto de tamanho, e os insetos vivem abaixo dele.
Exercício 47.12 ★★★
“Quatro máquinas, uma especificação.” Defenda a frase: diga a especificação compartilhada e mostre como a brânquia, o pulmão, as traqueias e a pele atendem cada uma às três exigências dela.
Solução
Solução de Exercício 47.12.
A especificação: uma superfície de encontro grande, fina e úmida entre o corpo e o meio. As brânquias a cumprem com superfícies emplumadas abertas pela água; os pulmões, com milhões de bolsas dobradas num abrigo úmido; as traqueias, com a soma da superfície interna das pontas mais finas delas, úmidas nas extremidades; a pele, com todo o lado de fora úmido do corpo, mantido grande em relação a um corpo pequeno e fino. Quatro suportes, uma coisa sustentada.
47.4 Problema: O censo dos respiradores da lagoa
Problema 47.1
Problema de fim de semana — uma lagoa, todas as máquinas em ação
Uma tarde na lagoa com rede, caixa de observação e caderno. O censo: alevinos de truta e peixinhos-espinho; girinos (alguns com as pernas de trás); sapos adultos; caramujos de lagoa passeando pela película da superfície; um besouro mergulhador lampejando prateado; larvas de efêmera com tufos emplumados debaixo das pedras; e, no gramado úmido do barranco, minhocas.
Parte I — Dando nome às máquinas.
- Atribua a cada membro do censo a máquina respiratória dele.
- Os tufos emplumados da larva de efêmera se agitam sem parar, mesmo em água parada. O que são esses tufos, e para que serve a agitação?
- Que membros do censo precisam visitar a superfície, e por que exatamente esses?
- Os girinos sem pernas e os com pernas podem diferir por dentro tanto quanto por fora. Que reconstrução está em andamento, segundo o Exemplo 47.5?
Parte II — As máquinas sob tensão.
- Uma semana quente e sem vento baixa o oxigênio dissolvido da lagoa (o Capítulo 48 vai explicar por quê). Ponha o censo em ordem: quem sofre primeiro — quem usa brânquias ou quem faz o trajeto até a superfície? Por quê?
- Naquela semana, os peixinhos-espinho ficam logo abaixo da superfície, com a boca trabalhando na película. Interprete o comportamento com a especificação: o que o milímetro de cima da água tem de especial?
- Alguém entra na água sem cuidado e levanta nuvens de lama fina. Que máquina entope, e o que você esperaria que os animais afetados fizessem?
- Depois de uma noite de chuva, as minhocas do gramado ficam deitadas no caminho. Explique essa cena clássica: que máquina e que condição as empurraram para cima?
Parte III — O mapa maior.
- Monte o censo como uma tabela: animal, máquina, meio, morador ou visitante que faz o trajeto. Que especificação única encabeça toda coluna de máquina, segundo a Observação 47.8?
- A lagoa congela na superfície em janeiro, lacrando a superfície. Preveja os destinos de inverno: os sapos (Exercício 38.11), os caramujos, o besouro, os peixes — quem fica em apuros e quem está garantido?
- Chega um recém-chegado: uma aranha-d’água que tece um sino de seda e o abastece com ar da superfície. Ponha o truque dela ao lado do truque do besouro e diga a máquina que ela continua servindo.
- Conclua: por que uma lagoa pequena precisa de quatro máquinas respiratórias diferentes para ser habitada por inteiro? Uma frase, usando meio e oxigênio.
Solução
Solução de Problema 47.1.
1. Alevinos de truta e peixinhos-espinho: brânquias. Girinos: brânquias (os com pernas, no meio da reconstrução). Sapos adultos: pulmões mais pele. Caramujos de lagoa: pulmões — visitantes da superfície. Besouro mergulhador: traqueias, abastecidas pela bolha que ele carrega. Larvas de efêmera: brânquias (os tufos emplumados). Minhocas: pele.
2. Brânquias. A agitação renova a água encostada na superfície branquial — uma corrente própria, onde a lagoa parada não oferece nenhuma, mantendo água fresca e carregada de oxigênio junto à travessia.
3. Os caramujos de lagoa, o besouro mergulhador, os sapos adultos (e qualquer cobra-d’água de visita): todos os que usam pulmão ou bolha — as máquinas deles tiram oxigênio do ar, então a superfície é o posto de abastecimento deles.
4. A reconstrução respiratória da metamorfose: as brânquias que serviam ao girino sem pernas estão sendo trocadas pelos pulmões (e pela pele que respira) de que o sapinho de terra vai precisar.
5. Quem usa brânquias sofre primeiro: o abastecimento inteiro deles é o estoque dissolvido e minguante da água. Quem faz o trajeto — caramujo, besouro, sapo — recorre ao ar ilimitado de cima e só passa a subir com mais frequência.
6. O milímetro de cima encosta no ar: o oxigênio se dissolve ali vindo de cima, então a camada da película é a água menos pobre de uma lagoa que sufoca. Os peixinhos-espinho estão na fila do último poço.
7. As brânquias entopem: a lama fina se deposita nas superfícies emplumadas e bloqueia a travessia. Espere que os respiradores de brânquia fujam da nuvem e que o bombeamento dos opérculos fique pesado — com espasmos de tosse para limpar o lodo.
8. A respiração pela pele, e a condição de umidade sem ar: as galerias encharcadas guardam oxigênio de menos, então as minhocas sobem para respirar — trocando o sufoco lá embaixo pelo risco de ressecar lá em cima.
9. Tabela conforme pedido (máquina e meio por animal; visitantes da superfície: caramujo, besouro, sapo). Encabeçando cada coluna: a superfície de troca grande, fina e úmida — a especificação única que as quatro máquinas sustentam.
10. Sapos: garantidos — em torpor na lama, respirando pela pele a pequena necessidade de inverno deles. Caramujos e besouro: em apuros — a superfície deles está lacrada; eles passam o inverno dormentes, com necessidades reduzidas, ou com bolhas presas. Peixes: garantidos enquanto o estoque da água durar — o frio deixa lento todo ronco de motor (Exemplo 46.7), e as brânquias atendem à demanda reduzida debaixo do gelo.
11. O sino de seda da aranha é um tanque de ar fixo, onde a bolha do besouro é um tanque carregado: os dois guardam ar da superfície debaixo da água e os dois continuam servindo a uma máquina de ar (o equipamento de pulmões foliáceos e traqueias da aranha) no meio errado.
12. Porque a lagoa oferece oxigênio em dois meios — escasso e dissolvido embaixo, farto em cima — e cada máquina colhe um meio num tamanho de vida: só com as quatro em ação é que todo canto, da lama à película da superfície, fica habitado.