La evolución de los sistemas respiratorios (1). Sistemas más primitivos.

Hoy comenzamos una serie de posts en los que vamos a hablar de la evolución de los sistemas respiratorios, esenciales para la vida. Según las condiciones actuales de nuestras atmósfera, una gran parte de los seres vivos se han adaptado a utilizar oxígeno para respirar, entre los que nos encontramos nosotros como especie. En esta serie vamos a ver cómo han ido evolucionando los diferentes mecanismos respiratorios.

En un principio no existían los sistemas respiratorios

El oxígeno penetra y se mueve en las células por difusión. Dentro de la célula toma parte en la oxidación de compuestos orgánicos que sirven como fuentes de energía celular. En este proceso se produce dióxido de carbono, que se difunde luego fuera de la célula a favor del gradiente de concentración (presión parcial). Esto es cierto para todas las células, ya se trate de una ameba, un Paramecium, una célula hepática o una célula cerebral. Pero las sustancias pueden moverse eficientemente por fusión solo hasta distancias muy cortas (menores de 1 mm). Éstos límites no les plantean problemas a los animales muy pequeños, en los que cada célula está muy próxima a la superficie, o a los animales en los que la mayor parte de la masa corporal no es activa metabólicamente, como la mesoglea («gelatina») de las medusas. Muchos huevos y embriones también obtienen oxígeno de esta forma sencilla, particularmente en las primeras etapas del desarrollo.

Sin embargo, la difusión no puede, posiblemente, satisfacer las necesidades de los organismos de mayor tamaño, cuyas células internas pueden estar a muchos centímetros de distancia del aire o del agua que le sirve como fuente de oxígeno. A medida que los organismos en aumentaron de tamaño en el curso de la evolución, también desarrollaron sistemas circulatorios y respiratorios que transportan gran cantidad de moléculas gaseosas por flujo global. Hay que entender que mientras que la difusión es el resultado del movimiento aleatorio de partículas individuales, el flujo global es el movimiento general de un gas o de un líquido en respuesta a la presión o a la gravedad.

Los sistemas respiratorios menos evolucionados

Una etapa temprana en la evolución de los sistemas transportadores de gases es ejemplificada por la lombriz de tierra. Como ocurre en la mayoría de otros tipos de gusanos, una lombriz de tierra tiene una red de capilares que se encuentra separada de la superficie del cuerpo por una sola capa de células. El oxígeno y el dióxido de carbono se difunden directamente a través de la superficie húmeda del cuerpo y entran y salen de la sangre a medida que éste viaja a lo largo de los capilares. La sangre incorpora el oxígeno por difusión cuando pasa cerca de la superficie del animal y libera el oxígeno por difusión cuando pasa junto a las células del interior del cuerpo pobres en oxígeno. De modo inverso, la sangre incorpora dióxido de carbono de las células y lo libera por difusión cuando pasa cerca de la superficie del Animal. Así, los gases entran y salen de la lombriz de tierra por difusión, pero dentro del Animal son transportados por flujo global.

Este sistema es particularmente apto para los vermes, dado que su forma de tubo expone un área superficial proporcionalmente grande. Algunos vermes pueden ajustar su área superficial según sea el abastecimiento de oxígeno. Si tienes un acuario en su casa, estarás familiarizado con los gusanos Tubifex, que frecuentemente se venden como alimento para peces. Cuando estos gusanos se colocan en agua con bajo contenido en oxígeno, como por ejemplo la de un acuario pobremente aireado, se estiran hasta unas 10 veces su longitud normal, incrementando el área superficial a través de la cual ocurre la difusión de oxígeno y disminuyendo la distancia de difusión.

Tráqueas. Un sistema de éxito, pero limitado.

Los insectos y algunos otros artrópodos han elaborado una estrategia distinta de sistemas respiratorios. El aire es volcado directamente en los tejidos de una malla de túbulos revestidos de quitina. En los insectos grandes, los movimientos del cuerpo ayudan a la difusión e impulsan el aire, que entra y sale de los espiráculos por flujo global. Este sistema es bueno para los organismos pequeños, pero es una limitación importante del tamaño que puede ser alcanzado por los insectos y otros animales que respiran mediante un sistema de traqueas. El planeta finalmente podrá ser conquistado por las cucarachas o por las hormigas, pero podemos apostar con toda seguridad que ellas no serán las formas gigantescas de la ciencia ficción.

Fuente: Biología. Curtis & Barnes.