Hệ hô hấp tồn tại dưới hai dạng chủ yếu là mang và phổi thích nghi với việc hô hấp giữa môi trường nước và không khí. Sự biến đổi chủ yếu trong cấu trúc cơ quan hô hấp diễn ra trong quá trình tiến hóa của động vật rất phù hợp với việc trao đổi khí giữa cơ thể với môi trường. Hệ hô hấp thực hiện việc trao đổi khí giữa cơ thể với môi trường theo nguyên tắc khuếch tán thụ động. O2 thường có áp xuất riêng cao ở trong môi trường và có xu hướng khuếch tán vào bên trong cơ thể. Khí CO2 được tập hợp ở mô và có xu hướng khuếch tán vào máu. Hoạt động này được thực hiện trước hết nhờ hai hệ vận chuyển chất là hệ hô hấp và hệ tuần hoàn. Mô dày làm cho sự khuếch tán chậm lại. Thành cơ quan hô hấp mỏng rút ngắn khoảng cách giữa môi trườn và máu. Khoảng cách lớn với xa ảnh hưởng đến sự di chuyển của các phân tử.
Khuynh hướng thích nghi của cơ quan hô hấp là tăng diện tích trao đổi khí tức là chiều dài mao mạch tham gia vào hô hấp, từ đó làm tăng hiệu quả trao đổi khí. Đó là thống ống khí ở côn trùng phân nhánh nhiều lần và kết trong các mô của cơ thể tạo thành mạng lưới thông kín giữa môi trường ngoài và từng tế bào của cơ thể. Ở cá là số lượng lá mang nhiều. Mang gồm những sợi mảnh cử động linh hoạt gọi là lá mang. Trong lá mang có hệ mạch máu giúp trao đổi khí được đễ dàng. Mang bảo đảm có diện tích trao đổi bề mặt lớn và khoảng cách rút ngắn trong việc trao đổi khí O2 và CO2 giữa máu và môi trường nước. Các tế bào của thành mao mạch và biểu bì mang mỏng nên đã đưa máu tới tiếp xúc tốt với môi trường nước. Ở các nhóm hô hấp bằng phổi tăng diện tích phổi (lưỡng cư hoặc bò sát), tăng số lượng phế nang và phế bào (cá sấu và thú), tăng số lượng phế quản (chim). phế quản phân thành phế quản cấp một rồi phân phế quản cấp hai, cấp ba,… và cuối cùng thành những tiểu phế quản. Ở thú, tiểu phế quản thông với một phế nang
chia thành ngăn tổ ông và có nhiều mao quản phân bố xung quanh. Cấu tạo phế nang như vật vừa làm tăng dung tích chứa khí của phổi vừa làm tăng diện tích phân bố của các mao mạch ở phổi để trao đổi khí.
Hiệu quả hô hấp cũng được tăng lên nhờ tăng thời gian trao đổi khí. Mang cá có sơ đồ cấu tạo đặc biệt, trong đó chiều dòng nước và dòng máu chảy ngược chiều nhau. Cử động của hàm và xương nắp mang hút nước vào khoang miệng qua hầu tống qua các khe mang rồi ra ngoài qua lỗ mang. Lúc miệng ngậm, trong khoang hầu, nước đi ra hai bên ở giữa và phần bên của các lá mang. Đồng thời, dòng máu trong mao mạch chảy theo hướng ngược lại (từ phần bên ra giữa). Hai dòng chảy ngược chiều này của nước và máu được ngăn cách bởi một bề mặt khuếch tán chung gọi là “hiệu ứng ngược dòng”. Hệ thống trao đổi ngược này giúp cho hiệu quả hấp thu O2 tăng lên đến 85%. Nếu không có hệ thống này thì về mặt lý thuyết chỉ được 50% O2 hòa tan trong nước được hấp thu. Ngoài ra, trên các lá mang có tuyến chất nhầy làm giảm tốc độ của dòng nước đi qua mang do đó góp phần làm gia tăng thời gian trao đổi khí. Cung mang phân đốt và lá mang cử động linh hoạt làm tăng phạm vi trao đổi khí.
Khi chuyển từ nước lên cạn, động vật chuyển sang môi trường có không khí chứ không phải có nước bao quanh nên có nguy cơ mất nước. Do đó, chúng có xu hướng chuyển cơ quan hô hấp vào trong cơ thể. ở Sâu bọ, cơ quan này chỉ thông với bên ngoài qua một hoặc một số lỗ thở bé, lỗ thở thường có van khép mở do đó vừa đảm bảo trao đổi khí vừa giữ cho bề mặt trao đổi khí luôn ẩm ướt.
Lưởng cư là động vật có xương sống đầu tiên lên cạn. Cơ quan hô hấp đa dạng, có thể bằng phổi, da hoặc bằng mang (giai đoạn ấu trùng). Ở lưỡng cư hiện đại, da là cơ quan hô hấp chủ yếu. Da ẩm ướt với lớp kêratin tương
đối mỏng cho phép khí khuếch tán từ môi trường bên ngoài vào trong các mao mạch.
Ở một số loài xuất hiện cơ quan hô hấp phụ giúp chúng thích nghi tốt hơn với môi trường sống. Hô hấp qua cơ quan trên khoang mang mang (hoa khế) như cá rô (Clarias), cá chuối (Ophiocephalus), .. Cá đối Holopsternum đớp không khí và nuốt vào ống tiêu hóa, O2 nuốt vào ruột và trên thành ruột có các mao mạch trao đổi khí.
PHẦN KẾT LUẬN
Hệ hô hấp thực hiện việc trao đổi khí giữa cơ thể với môi trường theo nguyên tắc khuếch tán thụ động. Hệ hô hấp tồn tại dưới hai dạng chủ yếu là mang và phổi thích nghi với việc hô hấp giữa môi trường nước và không khí. Ngoài ra, động vật có xương sống còn có cơ quan hô hấp khác là bóng hơi, cơ quan hô hấp phụ, da, ruột,…
Các nhóm động vật cấu tạo cơ quan hô hấp của phù hợp với môi trường của mình và chúng có cử động linh hoạt để dạt hiệu quả hô hấp cao nhất.
Chiều hướng tiến hóa hệ hô hấp của động vật theo hướng hoàn thiện về cấu tạo và chuyên hóa về chức năng. Sự tiến hóa của hệ hô hấp bắt đầu từ sự hô hấp bằng mang ở các loài thích nghi với đời sống dưới nước đến việc hình thành nên cơ quan hô hấp tiến bộ hơn là phổi thích nghi hoàn toàn với đời sống trên cạn. Bước tiến hóa của hệ hô hấp của các loài động vật có mối quan hệ biện chứng với sự tiến hóa của các hệ cơ quan khác trong cơ thể (như tuần hoàn, tiêu hóa, vận động...)
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1.
2. Ngô Đắc Chứng. Giáo trình giải phẩu so sánh động vật có xương sống, Đại học Huế, 2011.
3. Ngô Đắc Chứng. Sinh học cơ thể động vật, Đại học Huế, 2014.
4. Thái trần Bái, Nguyễn Văn Khang. Động vật học không xương sống. NXB giáo dục, 1998.