20、呼吸系统：生命的气体交换之道

呼吸系统：生命的气体交换之道

1. 呼吸的基本概念

呼吸是生物体获取能量的重要过程。生物体在氧气存在的情况下氧化代谢物，捕获代谢物化学键中的能量，这个过程不仅产生能量，还产生二氧化碳和水等副产品。这里涉及到两种呼吸形式：
- 内部（细胞）呼吸 ：主要是一个化学过程，分子在其中被分解并捕获能量。
- 外部（机体）呼吸 ：主要是一个气体交换的物理过程，处理内部呼吸的原材料和副产品。

2. 外部呼吸机制

2.1 单细胞和小型多细胞生物的气体交换

单细胞和小型多细胞生物通过细胞膜进行气体交换。由于气体溶解在液体中，湿润的膜对于气体进出细胞和生物体至关重要，干燥会抑制气体移动。单细胞生物完全依赖扩散进行内部呼吸相关气体的移动和交换，气体扩散受外部环境中气体分压的影响。随着细胞或生物体体积增大，简单扩散对气体交换的物理限制会使气体交换能力受限，因此对于较大或较复杂的生物体，需要补充扩散的策略。

2.2 不同生物的气体交换适应机制

• 循环系统 ：大多数无脊椎动物代谢活动低于恒温脊椎动物，需要循环系统补充简单扩散。氧气通过扩散进入生物体表面后，由血液通过批量流动输送到全身，特殊的呼吸色素如血红蛋白或血蓝蛋白有助于血液携带氧气，血液还将二氧化碳和水从呼吸组织带到表面排出。这种气体扩散循环系统存在于大多数从环节动物（如蚯蚓）以上的动物中。
• 气管系统 ：许多昆虫和蛛形纲动物（蜘蛛）具有气管系统，这是一个遍布生物体全身的管系统，