Evolution du système respiratoire 2BIDF07 08

Bonne introduction, vous devez maintenant dégager la tendance évolutive du système respiratoire, du plus simple au plus complexe.

Qu'est-ce que la respiration?

La respiration se traduit par deux phénomènes: une absorbtion d'oxygène et un rejet de gaz carbonique.Les différents types de respiration: aquatique, cutanée, branchiale et pulmonaire.On distingue, chez les animaux, deux types d’appareils respiratoires : les branchies, adaptées à la respiration de l’oxygène dissous dans l’eau, et les poumons, qui permettent de respirer l’air atmosphérique. Chez les amphibiens, les larves sont équipées de branchies, tandis que les adultes disposent de poumons.

Pourquoi respire-t-on et à quoi cela sert?

L'absorption d'oxygène permet aux êtres vivants de produire de l'énergie, suivant des processus complexes qui varient selon l'organisme considéré.L'oxygène (O2) permet de faire " brûler " la nourriture, pour la transformer en énergie.Le rythme de la respiration est généré de façon automatique.On respire environ douze fois par minute. Lorsqu'on aspire, l'oxygène est capturé par le sang,les globules rouges, qui le libere dans les muscles , dans le coeur ,dans le cerveau et récupere ensuite le gaz carbonique qui sort lorsqu'on expire.C'est grace à l'hémoglobine que les globules attrappe l'oxygène et c'est ce qui leur donne la couleur rouge. Si l'air contenu dans les poumons ne se renouvelais pas constamment, l'oxygène qui fait vivre les cellules ne tarderais pas à s'épuiser. Pour qu'il y est ce renouvellement, les pouments n'arrêtent pas de se décontracter et de s'élargir. Ces mouvements respiratoires permettent la ventillation pulmonaire

Quels sont les différents types d'appareils respiratoires?

Les êtres vivants respirent tous, mais pas de la même manière. Les appareils respiratoires présentent une grande diversité de morphologie et de fonctionnement

Respiration pulmonaire ou alvéoles pulmonaire

• Les humains,les mammifères, les amphibiens, les reptiles et certains mollusques ont tous une respiration pulmonaire, ils respirent par des poumons ou des alvéoles pulmonaire.

Certains Mollusques terrestres, les amphibines et les repriles ont aussi une respiration pulmonaire! Contrairement aux trachées qui se ramifient dans tout le corps, les poumons sont des organes localisés. Etant donné que les surfaces respiratoires ne sont pas en contact direct avec toutes les parties du corps, l’organisme doit assurer le transport des gaz entre eux et le reste du corps, et ce grâce au système cardiovasculaire. Les poumons possèdent un réseau dense de capillaires situé sous l’épithélium constituant la surface respiratoire. Les araignées et les escargots terrestres et les vertébrés sont dotés de poumons. Les amphibiens adultes possèdent des poumons mais ils n’assurent pas la diffusion dans tout le corps, la surface corporelle assure une partie des échanges gazeux. En revanche, la plupart des reptiles et tous les oiseaux et mammifères comptent exclusivement sur leurs poumons pour effectuer les échanges gazeux. La grenouille fait exception, sa respiration pulmonaire s’accompagne d’échanges gazeux qui se font à travers les surfaces épithéliales humides de sa bouche et de son anus. Il y a également quelques poissons qui possèdent des poumons et qui respirent directement par l’air (poissons pulmonés). La taille et la complexité des poumons dépendent du métabolisme basal de l’animal. Par exemple, les poumons des endothermes possèdent une plus grande aire d’échange que les poumons d’un ectotherme de taille semblable.

Respiration branchiale

• Les poissons,comme beaucoup d'autres organismes invertébrés ont une respiration branchiale, ils respirent par les branchies.

Comme beaucoup d'autres organismes invertébrés! Ce sont des évaginations de la surface corporelle suspendues dans l’eau. L’aire totale des branchies est souvent beaucoup plus importante que celle du reste du corps. Le problème qui se pose aux animaux vivant dans l’eau et respirant grâce à des branchies, c’est qu’il n’y a pas beaucoup d’O2 dissous dans l’eau, et plus l’eau se réchauffe, au moins il y en a. Les branchies doivent donc être très performantes et pour les exposer à plus d’O2, un processus apparaît, il s’agit du processus de ventilation. Ce processus augmente la circulation du milieu respiratoire sur la surface respiratoire. Sans cette circulation, le CO2 rejeté risquerait de s’accumuler autour des branchies. Ce processus demande une énergie considérable, notamment aux poissons. Pour diminuer un peu ce coût énergétique, chez les poissons, le sang s’écoule dans les branchies dans la direction opposée au mouvement de l’eau. De cette manière, le sang se charge de plus en plus en oxygène et plus il se charge en oxygène, plus il côtoie une eau riche en oxygène puisqu’elle commence seulement à entrer dans les branchies. Grâce à ce système, les branchies arrivent à capter plus de 80% de l’O2 circulant sur la surface respiratoire.

Respiration trachénne

• Les insectes ont une respiration trachéenne, ils respirent par les trachées.

Le système trachéen se compose de tubes aériens qui se ramifient dans tout le corps, c’est l’une des variations possibles d’une surface respiratoire interne repliée. Les tubes les plus gros, les trachées, débouchent sur l’extérieur tandis que les tubes les plus petits atteignent les cellules ou l’air est échangé par diffusion simple à travers l’épithélium humide recouvrant les extrémités terminales des trachées. Comme les cellules sont proches du milieu respiratoire, l’oxygène n’a pas besoin d’être transporté par le sang, les cellules sont directement approvisionnées en dioxygène par les trachées. Les plus gros insectes qui de plus grands besoins énergétiques ventilent leur système trachéen par des mouvements du corps. Les tubes aériens sont comprimés et dilatés, comme un soufflet. Chez les insectes volants, la contraction et la détente successive des muscles contribuant au vol permettent en même temps de pomper plus rapidement l’air dans le système trachéen.

Respiration cutanée

• Les vers et les petits animaux ont une respiration cutanée, ils respirent par la peau.

Chez certains animaux, l’ensemble de la surface cutanée sert d’organe respiratoire. Le ver de terre, par exemple, échange des gaz par diffusion à travers toute sa surface corporelle. Immédiatement sous sa peau se trouve un réseau compact de capillaire. Comme la surface respiratoire de tout animal doit être humide, les animaux effectuant ce type de respiration doivent vivre dans l’eau ou dans des endroits humides. La plupart de ces animaux sont petits, vermiformes ou plats, et présentent un rapport surface/volume élevé. Chez les autres, la respiration cutanée ne suffit pas à assurer les échanges gazeux dans l’ensemble de l’organisme. Les animaux ne sachant pas effectuer la respiration cutanée sont dotés d’organes respiratoires. Les branchies, les trachées et les poumons sont les trois types d’organes les plus courants.

Comment évolue la respiration chez les animaux?

Vous êtes au coeur du problème... Ils afut maintenant étudier comment respirent les différents groupes d'animaux et en déduire la tendance évolutive du système respiratoire. Diffusion cellulaire, cutané, trachéen, branchial, pulmonaire... En respectant un ordre chronologique qui dépend le plus souvent du degré de complexité.

Evolution du système respiratoire chez les animaux du plus simple au plus complexe

Les Spongiaires

La circulation de l'eau traverse l'éponge de part en part en apportant la nourriture et l'oxygène.Elle est assurée par des cellules spéciales, les choanocytes, endodermiques flagellées, munies d'une collerette et capturant les particules nutritives à l'aide de courts pseudopodes.

[Annexe 1]

Les Annélides

La respiration chez le lombric se fait par diffusion au travers de la cuticule perméable. Les glandes de l'épiderme produisent continuellement du mucus qui maintient la surface humide, et permet ainsi à l'oxygène de diffuser vers l'intérieur de l'animal.

La forme relativement massive des Annélides nécessite une circulation efficace de l'oxygène et des éléments nutritifs. Chez les lombrics, le système circulatoire fermé est formé de capillaires entourant le tube digestif, de vaisseaux sanguins longitudinaux qui parcourent tout le corps, et de coeurs latéraux qui pompent le sang dans le système circulatoire. Le sang des lombrics contient un pigment respiratoire qui augmente l'efficacité du transport de l'oxygène: l'hémoglobine. Ce pigment est en solution dans le sang, et n'est pas contenu dans des cellules spécialisées comme chez les Vertébrés.

[Annexe 2]

Les Poissons

La respiration chez les poissons est branchiale pendant toute la vie. Les poissons doivent respirer dans l'eau. Leur respiration s'éffectue par les branchies,comme chez de nombreux animaux aquatiques.Les branchies , constituées de fines lamelles très riches en sang sont soutenues par des ares branchiaux. C'est au niveau du sang des branchies que les échanges gazeux de la respiration ont lieu. Là, le sang fixe l'oxygène qui se trouve dissous dans l'eau et rejette le gaz carbonique toxique, véhiculé par le sang du poisson. Les mouvements respiratoires sont bien visibles chez les poissons.L'ouverture de la bouche permet l'entrée de l'eau.La fermeture de la bouche et la présence d'un système de valvules buccales jouant le rôle de clapets anti-retour,empêchent l'eau de resortir par la bouche et la propulse vers les branchies.Le soulèvement des deux opercules, qui fait apparaître ainsi les deux ouïes, entraîne la sortie de l'eau.

[Annexe 3]

Les Mammifères

La respiration chez les mammifères est pulmonaire pendant toute la vie.[La respiration cutanée existe aussi chez les mammifères et chez les oiseaux, même si elle est beaucoup moins importante.]La cavité thoracique est complètement séparée de la cavité abdominale par le diaphragme. Les poumons y sont librement suspendus, et ne communiquent pas avec des sacs aériens.Les narines forment une paire d'ouvertures situées à l'extrémité du museau, sauf chez les Cétacés odontocètes ou elles se soudent en un conduit unique.

[Annexe 4]

Quelle est la tendance évolutive du système respiratoire?

La réspiration chez les éponges s'éffectue sans aucun appareil respiratoire , elles filtrent l'eau pour avoir de l'oxygène. Chez les amphibiens la respiration se fait à travers la peau. Ils n'ont pas d'appareil respiratoire, l'oxygène pénètre directement dans le corps.Les poissons quant à eux respirent grâce à des branchies, qui filtrent l'eau et laissent entrer l'oxygène.Les mammifères , eux, respirent avec des poumons , l'appareil respiratoire le plus complexe et le plus évolué.Ils absorbent l'oxygène , qui pénètre dans les poumons oú l'oxygène est directement filtrer dans le sang.