Milieu de vie, milieu de respiration et organes respiratoires chez les animaux (2/2)

Partie 2 : Organes respiratoires chez les animaux

Comme nous l'avons déjà suggéré, selon leur milieu de respiration, les animaux sont dotés de différents organes respiratoires. On en rencontre principalement trois dans la nature: le poumon, la branchie et les trachées. Poumon et trachées permettent de respirer de l'air; la branchie sert à respirer de l'eau. Nous allons maintenant détailler l'anatomie et le fonctionnement de ces organes respiratoires...

Le poumon, organe de la respiration aérienne

Le poumon de la grenouille verte

Nous avons déjà rencontré la grenouille verte, et nous avions promis de reparler d'elle : nous y voilà. Cet amphibien respire, majoritairement , de l'air grâce à deux poumons. Comment ces organes permettent-ils la respiration aérienne ?

Les poumons de la grenouille verte se présentent sous la forme de deux sacs transparents, en forme de ballon, dont la paroi est donc fine et contient, en outre, des petits vaisseaux sanguins, relativement peu nombreux : les capillaires (appelés ainsi à cause de leur ressemblance, sous le microscope, avec des cheveux; ils sont, en fait, beaucoup plus fins).

Lorsque la Grenouille avale l'air (n'ayant pas de cage thoracique, elle ne peut l'inspirer), ce mélange gazeux se retrouve dans les deux poumons . Là, grâce à la finesse de la paroi pulmonaire et des capillaires, l'oxygène de l'air peut passer à travers et se retrouve dans le sang. Il sera ensuite distribué à tous les organes, toutes les cellules de l'organisme. En retour, le dioxyde de carbone, ou gaz carbonique, produit par le fonctionnement des organes et des cellules du corps, est lui aussi transporté par le sang jusqu'aux poumons, où il sera rejeté dans l'air ambiant.

Le poumon humain

Le poumon humain présente une structure plus complexe. Tout d'abord, il contient de très nombreux vaisseaux capillaires, qui constituent un réseau d'une longueur totale de 2400 kilomètres. D'autre part, il est muni de minuscules structures, les alvéoles pulmonaires, véritables petits sacs microscopiques regroupés en amas (les sacs alvéolaires), au niveau desquelles passent des capillaires sanguins, et qui sont le lieu des échanges gazeux respiratoires. Chaque poumon contient pas moins de 350 millions de ces alvéoles pulmonaires, totalisant une surface de 100 mètres carrés.

En ce qui concerne les échanges gazeux respiratoires, le fonctionnement du poumon humain est tout à fait comparable à celui du poumon de grenouille, sauf en termes d'efficacité ; Le poumon humain est beaucoup plus efficace, permettant un bien meilleur apport en oxygène à l'organisme.

Les trachées, autres organes de la respiration aérienne

Les trachées des insectes

Une erreur fréquente et classique consiste à penser que les Insectes sont, comme la Grenouille verte et l'Être humain, dotés de poumons. C'est une confusion grave, teintée, de plus, d'anthropocentrisme, qui prend certainement sa source dans les représentations simplistes des dessins animés et autres publications pour la jeunesse, qui représentent les insectes avec un visage humain – certes plus acceptable pour le grand public que l'aspect peu engageant de la tête de ces animaux invertébrés...

Observons attentivement le corps d'un insecte comme le criquet des pâtures; Au repos sur la branche d'un arbuste: avec de la chance, l'on verra la partie inférieure de l'abdomen de l'animal se gonfler légèrement, puis se dégonfler pour se gonfler à nouveau. Oui, le Criquet respire et ces mouvements sont donc des mouvements respiratoires.

Une étude encore plus fine permettra de déceler, à intervalles réguliers sur les segments de l'abdomen, de petits orifices qui peuvent s'ouvrir et se fermer: on les appelle des stigmates (ou spiracles). Lorsque ces stigmates sont ouverts, l'air ambiant peut entrer et sortir. Les orifices débouchent, à l'intérieur du corps de l'insecte, sur une série de petits tubes de couleur blanc nacré, formant un réseau plus ou moins dense: ce sont des trachées... à ne pas confondre avec la trachée (voir l'étude du poumon humain plus haut). Ces tubes millimétriques se ramifient rapidement à l'intérieur du corps des insectes, pour former des trachéoles, trachées de plus en plus nombreuses et de plus en plus petites (les plus fines ne dépassent pas un micromètre de diamètre, soit un millième de millimètre). Ces tubes sont munis d'une spirale rigide qui leur permet de rester béants, d'où une circulation facilitée de l'air (un peu comme le tuyau d'un aspirateur, avec ses anneaux rigides...).

L'extrémité des trachées pénètre à l'intérieur des organes de l'animal, ce qui permet à l'air d'atteindre directement les cellules de ces organes : l'oxygénation des organes est donc directe, sans intervention de sang ni de vaisseaux sanguins; d'ailleurs, le corps des insectes ne présente aucun vaisseau sanguin (le sang circule librement, grâce à l'activité d'un cœur dorsal allongé tubulaire, dans les organes de l'animal

Inversement, chez la grenouille verte ou l'être humain, le sang sert d'intermédiaire, entre les poumons et les organes, pour transporter l'oxygène de l'air alvéolaire jusqu'aux cellules).

La branchie, organe de la respiration aquatique

Les branchies des mollusques bivalves ou lamellibranches

Comme leur nom l'indique clairement, les mollusques lamellibranches sont des animaux à corps mou doté de branchies en lamelles ou en peigne: la moule et l'huître en sont deux exemples classiques. Comment ces organes permettent-ils la respiration aquatique?

Les branchies des «poissons»

Sous l'appellation classique de «poissons», on entend un certain nombre d'animaux aquatiques, que l'on peut principalement diviser en «poissons à squelette cartilagineux» (c'est-à-dire souple, comme les requins et autres roussettes; groupe des Chondrichtyens) et «poissons à squelette osseux» (la majorité des poissons, comme les truites, les carpes, les ombelles, etc., dont les nageoires sont rayonnées: groupe des Actinoptérygiens). On distingue aussi le groupe des «poissons à nageoires charnues», ancêtres directs des amphibiens: groupe des Sarcoptérygiens)

Remarque : L'emploi des guillemets souligne le fait que tous ces animaux ne constituent pas ce que l'on appelle un groupe évolutif, c'est-à-dire qu'ils ne descendent pas tous d'un ancêtre commun unique...

Tous ces animaux présentent un point commun : leurs organes respiratoires sont des branchies, permettant la respiration aquatique. Cette respiration consiste à prélever l'oxygène de l'eau, et non à partir de l'air.

Comment cette extraction aquatique est-elle possible ?

L'observation des branchies, à la loupe ou au microscope, permet de déceler une structure particulière : des lamelles ou filaments branchiaux qui, observés à l’œil nu ou à la loupe, présentent les caractéristiques suivantes :

• Chez les poissons, dont le sang est rouge, les lamelles branchiales présentent aussi une couleur rouge, ce qui indique deux aspects particuliers :
  • L'existence d'une paroi très fine, donc la couleur du sang se voit au travers ;
  • La présence de nombreux petits vaisseaux sanguins, du même type que ceux rencontrés dans les poumons étudiés plus haut !
• De plus, ces filaments branchiaux baignent directement dans l'eau du milieu de vie :
  • chez les coquillages comme les Huîtres, les Moules, la coquille n'a qu'à s'ouvrir pour que les branchies soient en contact avec l'eau, dont un petit volume sera retenu lorsque la coquille se refermera ;
  • chez certains «poissons», un courant d'eau est formé, par ouverture et fermeture de la bouche et des ouïes, entre ces deux orifices, où se trouvent, justement, les branchies.

Or, comme l'oxygène de l'eau est constamment renouvelé par la photosynthèse des végétaux aquatiques, et que les animaux utilisent cet oxygène, il y a toujours plus d'oxygène dans l'eau que dans les nombreux capillaires des branchies : résultat, l'oxygène passe de l'eau dans le sang, à travers la paroi fine des lamelles, et se retrouve dans le sang de l'animal, d'où il sera distribué à l'ensemble des organes.

En retour, les organes, en fonctionnant, produisent du dioxyde de carbone, rejeté dans le sang, puis dans l'eau à travers la paroi fine des filaments branchiaux.

On peut donc remarquer certaines ressemblances entre le poumon et les branchies :

• La présence d'une paroi fine, qui favorise les échanges gazeux respiratoires entre l'air ou l'eau et le sang ;
• La présence de petits vaisseaux sanguins, plus ou moins nombreux. Tout comme dans le cas du poumon, le sang sert aussi, dans le cas des branchies des «poissons», de relais pour transporter l'oxygène (de l'eau) jusqu'aux organes.

Rappelons, au passage, que si les trachées des Insectes présentent, elles aussi, une paroi très fine, elles ne présentent, en revanche, aucun vaisseau sanguin...

Les trachéobranchies des Insectes aquatiques

Chez certains insectes aquatiques (larves d'éphémère, de libellule, divers coléoptères), la respiration est assurée par des trachéobranchies.

Il s'agit de branchies particulières, externes (donc baignant directement dans l'eau), dans lesquelles un réseau de trachées assure la captation de l'oxygène dissous dans l'eau en vue de son transport dans tout le corps. La partie «branchie» permet d'extraire l'oxygène aquatique, tandis que la partie «trachées» assure la distribution de cet oxygène à l'ensemble des organes.

Toutefois, le poumon, les trachées et la branchie (et les trachéobranchies) ne sont pas les seuls organes respiratoires des animaux...

Disséquons un lombric, plus communément appelé «ver de terre», à la recherche d'un quelconque organe respiratoire: et là, surprise! Rien de tel!! Aucun poumon, aucune trachée, aucune branchie... Mais alors, comment cet animal s'y prend-il pour respirer?

La peau, un organe respiratoire ?

Les Lombrics apprécient tout particulièrement la terre humide et fraîche; dès que la sécheresse frappe, ils s'enfoncent profondément dans le sol, là où l'humidité est plus importante et les températures plus basses. Un tel comportement n'est évidemment pas dû au hasard: c'est que les lombrics doivent conserver une peau humide; pourquoi? Pour leur permettre de respirer !

En effet, la peau des lombrics, toujours très humide, contient de très nombreux vaisseaux capillaires ; les échanges gazeux respiratoires se font donc à travers la peau, qui sert donc d'organe respiratoire.

On retrouve le même processus chez les grenouilles, par exemple, lorsqu'elles doivent séjourner longuement dans l'eau – certaines espèces hibernent au fond de l'eau ! Dans ce dernier cas, la respiration aérienne pulmonée est évidemment impossible ; Comme, en hibernation, l'animal, inactif, a de faibles besoins en oxygène, les échanges gazeux respiratoires se font, là aussi, à travers la peau.

Vu sa structure relativement simple en tant qu'organe respiratoire, on peut penser qu'au cours de l'histoire de la vie, la peau a dû être le premier véritable organe respiratoire.

Synthèse - Une comparaison

Résumons-nous : nous avons donc rencontré trois grands types d'organes respiratoires, qui présentent un certain nombre de points communs :

• Les trachées, dotées d'une paroi fine;
• Le poumon, doté d'une paroi fine et de vaisseaux sanguins capillaires plus ou moins nombreux;
• Les branchies, dotées d'une paroi fine et de nombreux vaisseaux sanguins capillaires (chez les Animaux qui en possèdent).