La respirazione negli uccelli e negli insetti

È UNA cosa che fate circa 23.040 volte al giorno eppure non ve ne rendete quasi conto. Cos’è? Respirare. Il vostro apparato respiratorio è così ben congegnato e funziona così bene che quasi non vi accorgete che proprio in questo momento state respirando.

Naturalmente se foste in cima a un monte, dove l’aria è molto rarefatta, non sarebbe così facile respirare, vero? O se nuotaste sott’acqua per qualsiasi periodo di tempo sareste subito ben consapevoli del bisogno di prendere una boccata d’aria. Eppure gli uccelli volano ad alta quota senza alcuna difficoltà di respirazione. E alcuni insetti, anche se hanno bisogno di prendere ossigeno dall’atmosfera, possono respirare sott’acqua. Come fanno? Un attento esame del modo in cui respirano uccelli e insetti rivela un’intelligenza e un disegno davvero sorprendenti.

La respirazione negli uccelli

Chiunque sia stato in aereo sa che ci sono due fattori importanti e necessari per il volo: uno scheletro leggero e carburante in abbondanza. Il modo in cui è fatto l’apparato respiratorio dell’uccello fornisce entrambi questi elementi.

Quando si compie un’attività con un alto dispendio di energia si brucia ossigeno molto in fretta. L’uomo si procura l’ossigeno necessario con respiri più profondi e più rapidi. Ad alta quota l’uomo deve andare piano e riposarsi di frequente per dare al suo organismo il tempo di ricostituire la concentrazione di ossigeno nel sangue. Immaginate se un uccello subisse gli stessi effetti in volo. Ma l’apparato respiratorio dell’uccello gli evita questo disagio, per cui anche se lo incontrate a oltre 6.000 metri di quota non dà segni di difficoltà. Gli occhi non gli sporgono dalle orbite, non ha la faccia pallida e non ansima neppure. Come mai?

Ebbene, il suo apparato respiratorio è fatto in modo da assorbire l’ossigeno molto più efficientemente. I polmoni umani sono sacchi o mantici che si riempiono e si svuotano. Non così i polmoni degli uccelli. Sono qualcosa di unico. L’aria entra nel polmone, com’è normale, attraverso l’estremità anteriore. Ma poi l’aria attraversa il polmone ed entra in vari sacchi aerei dalle pareti sottili, situati nel torace e nella cavità addominale. (Vedi figura). Nel 1758 un uomo di nome John Hunter scoprì qualcosa di veramente sorprendente. Riscontrò che un uccello con la trachea ostruita e un’ala spezzata riusciva ancora a respirare. Com’era possibile?

Le ossa degli uccelli non contengono midollo; sono cave e contengono aria. Le cavità delle ossa sono collegate ai sacchi aerei, i quali, a loro volta, comunicano con i polmoni. Così, anche se l’uccello aveva la trachea chiusa, avveniva lo scambio d’aria coi polmoni attraverso l’osso cavo dell’ala spezzata. Che modo ingegnoso per risolvere allo stesso tempo il problema del peso e quello del carburante: serbatoi di carburante distribuiti in tutto lo scheletro! Che dire del carico di carburante?

L’effettivo carico di carburante è minimo. L’uccello si rifornisce di carburante, di ossigeno, durante il viaggio, in volo! L’aria che passa attraverso tutti quei sacchi e condotti viene a contatto con una maggiore estensione di tessuto, consentendo un maggiore assorbimento di ossigeno prima dell’espirazione. Il volo ad alte quote, comunque, è qualcosa che richiede un forte dispendio di energia. Il carburante dev’essere usato nel modo più efficiente possibile. Nell’apparato respiratorio degli uccelli è incorporato un sistema di controcorrente. Esso permette all’uccello di prendere ossigeno dall’aria in modo rapido ed efficiente in base a un semplicissimo principio.

Nel polmone dell’uccello, aria e sangue affluiscono l’uno verso l’altro da direzioni opposte. Mentre l’aria attraversa i polmoni, cede sempre più ossigeno al sangue, e il sangue può ininterrottamente assorbire sempre più ossigeno. In altre parole, il sangue venoso “assetato” raggiunge prima l’aria che è già carente di ossigeno e in cui, per così dire, sono rimaste solo alcune “goccioline” di ossigeno. Il sangue “assetato” se ne imbeve e procede verso aria “più umida”, più ricca di ossigeno. A questo punto il sangue non è tanto “assetato”, per cui assorbe sempre meno ossigeno. Il risultato finale di questo sorprendente processo è il completo assorbimento di ossigeno dall’aria. E questo è proprio ciò di cui ha bisogno l’uccello per volare ad alta quota!

La respirazione negli insetti

Avete mai pensato cosa potrebbe fare una formica se fosse grande quanto un elefante? Immaginate che forza avrebbe! Una formica può trasportare il doppio del suo peso. E per quanto gli insetti siano piccoli (il più grande, l’Attacus atlas, ha un’apertura alare di 25-30 centimetri) hanno un vorace appetito. Nel North Dakota (U.S.A.) le cavallette hanno causato danni alle colture e ai pascoli per un valore di 1.714.000 dollari (intorno ai 2 miliardi di lire) in un solo anno! Quale sarebbe stata l’entità del danno se le cavallette fossero state grandi come cavalli?

Non c’è però motivo di allarmarsi. L’apparato respiratorio dell’insetto lo fa stare al suo posto, in quanto a grandezza. Secondo la rivista Scientific American, l’apparato respiratorio dell’insetto, definito “una finezza quasi incredibile nel campo dell’ingegneria biologica”, ha un fattore incorporato che ne limita la grandezza! Inoltre, come l’apparato respiratorio degli uccelli è l’ideale per il volo, quello degli insetti è l’ideale per il loro genere di vita. Come mai?

Gli insetti sono fabbriche di energia. In rapporto alla loro grandezza compiono imprese veramente erculee. Quindi hanno bisogno di moltissimo ossigeno. Gli insetti però non hanno polmoni. Comunque, difficilmente vedrete un insetto che ansima! Perché? Perché hanno un apparato respiratorio fatto per rispondere a una domanda illimitata.

Nello stadio embrionale, il tegumento dell’insetto si ripiega in dentro in molti punti formando tubuli cavi, che si aprono verso l’atmosfera. Mentre questi tubuli scendono nel corpo dell’insetto sempre più in profondità, si ramificano molte volte, e ciascun ramo diventa sempre più sottile. Infine, uno o più di questi tubuli viene a contatto con ciascuna cellula. Così, ciascuna cellula ha un condotto che la mette direttamente in comunicazione con l’atmosfera, il che significa che può disporre immediatamente di ossigeno senza che esso debba passare attraverso un sistema di circolazione sanguigna. Ed è proprio ciò di cui l’insetto ha bisogno per svolgere la sua attività che richiede tanta energia!

Ma nella respirazione attraverso un sistema di tubuli c’è un problema: dev’esserci un flusso a due sensi, vale a dire l’ossigeno che entra e l’anidride carbonica che esce. I tubuli dell’insetto possono far entrare l’ossigeno, ma che ne è dell’anidride carbonica? A differenza dell’ossigeno, l’anidride carbonica si diffonde più facilmente attraverso i tessuti. Quindi essa non cerca di uscire attraverso i tubuli. Esce invece dal corpo dell’insetto attraverso l’epidermide.

Anche se hanno bisogno di rifornirsi di ossigeno dall’atmosfera, alcune larve di insetti vivono sott’acqua. Come fanno a respirare lì? Alcune fanno affiorare in superficie un tubo tipo “schnorchel” munito a volte di una valvola per impedire che l’acqua entri nel tubo qualora le acque fossero agitate. Altre vivono in una “campana da immersione”, cioè in una bolla d’aria. Naturalmente, man mano che viene usato, l’ossigeno contenuto nella bolla dev’essere sostituito. I ricercatori sono rimasti perplessi a lungo per il fatto che l’insetto poteva rimanere sott’acqua per molto tempo anche dopo che l’ossigeno contenuto nella bolla doveva essersi esaurito. Com’era possibile?

Entra in gioco il processo di diffusione. Quando la pressione dell’ossigeno nella bolla scende al di sotto della pressione dell’ossigeno nell’acqua circostante, l’ossigeno presente nell’acqua affluisce nella bolla. (Ricordate che l’acqua è fatta di due atomi di idrogeno e uno di ossigeno). ‘Ma perché la bolla non si affloscia?’ forse chiedete. Ebbene, nell’aria contenuta nella bolla c’è dell’azoto che non si diffonde nell’acqua; rimane nella bolla. Così mentre la larva dell’insetto può non avere bisogno di azoto per il suo metabolismo, certo le occorre per rimanere in vita!

Dopo aver dato un’occhiata al modo di respirare degli uccelli e degli insetti, converrete che l’apparato respiratorio di queste creature rivela un’intelligenza e un disegno veramente sorprendenti. Ma vi è facile credere che il cieco caso o gli uccelli e gli insetti stessi abbiano sviluppato il loro apparato respiratorio, che tanto si basa su principi scientifici? O giungete alla stessa conclusione del famoso inventore Thomas Edison, che disse: “Dopo avere osservato per anni i processi della natura, non posso dubitare dell’esistenza di una Suprema Intelligenza”?

[Diagramma/Immagine a pagina 22]

(Per la corretta impaginazione, vedi l’edizione stampata)

Apparato respiratorio di un uccello

Trachea

2 polmoni

Sacchi aerei

[Diagramma/Immagine a pagina 23]

(Per la corretta impaginazione, vedi l’edizione stampata)

Funzionamento dell’apparato respiratorio di un insetto

Niente polmoni

Tubulo

Cellule