BRANCHIES: CARACTÉRISTIQUES, FONCTIONS, TYPES ET IMPORTANCE - LA BIOLOGIE - 2024

Les branchies ou branchies sont les organes respiratoires des animaux aquatiques, elles ont pour fonction d'effectuer l'échange d'oxygène entre l'individu et l'environnement. Ils apparaissent de formes très simples chez les invertébrés, à des structures complexes évoluées chez les vertébrés, constituées de milliers de lamelles spécialisées situées à l'intérieur d'une cavité branchiale ventilée par un flux continu d'eau.

Les cellules ont besoin d'énergie pour fonctionner, cette énergie est obtenue à partir de la dégradation des sucres et d'autres substances dans le processus métabolique appelé respiration cellulaire. Dans la plupart des espèces, l'oxygène de l'air est utilisé pour l'énergie et le dioxyde de carbone est expulsé comme déchet.

Arcs branchiaux d'un brochet européen (Esox lucius). Par l'utilisateur: Uwe Gille, de Wikimedia Commons La manière dont les organismes effectuent l'échange de gaz avec leur environnement est influencée à la fois par la forme du corps et par l'environnement dans lequel il vit.

Les environnements aquatiques contiennent moins d'oxygène que les environnements terrestres et la diffusion de l'oxygène est plus lente que dans l'air. La quantité d'oxygène dissous dans l'eau diminue à mesure que la température augmente et que le courant diminue.

Les espèces moins évoluées n'ont pas besoin de structures respiratoires spécialisées pour remplir leurs fonctions de base. Cependant, dans les plus grands, il est vital d'avoir des systèmes d'échange plus complexes, afin qu'ils puissent couvrir adéquatement leurs besoins métaboliques.

Les branchies se retrouvent chez les invertébrés et les vertébrés, elles peuvent être filiformes, laminaires ou arborescentes, dotées de nombreux vaisseaux capillaires, et on les observe également en interne ou en externe.

Il y a des animaux qui vivent dans la zone littorale, comme les mollusques et les crabes, qui sont capables de respirer activement avec leurs branchies dans l'eau et dans l'air, à condition de rester humides. Contrairement à d'autres organismes aquatiques, qui suffoquent en sortant de l'eau malgré l'abondance d'oxygène disponible.

Caractéristiques générales

La quantité d'oxygène présente dans l'air est d'environ 21%, tandis que dans l'eau, elle n'est dissoute qu'à 1%. Cette variation oblige les organismes aquatiques à créer des structures telles que des branchies, destinées exclusivement à l'extraction de l'oxygène.

Les branchies peuvent être si efficaces qu'elles atteignent des taux d'extraction d'oxygène de 80%, trois fois plus élevés que ceux des poumons humains de l'air.

Variété d'organismes aquatiques

Ces organes respiratoires se sont développés dans une grande variété d'organismes aquatiques, on peut trouver différents types de branchies chez les mollusques, les vers, les crustacés, les échinodermes, les poissons et même chez les reptiles à certaines phases de leur cycle de vie.

Variété de formes

En conséquence, leur forme, leur taille, leur emplacement et leur origine varient considérablement, ce qui entraîne des adaptations spécifiques dans chaque espèce.

Pour les animaux aquatiques les plus évolués, l'augmentation de la taille et de la mobilité a déterminé une demande d'oxygène plus élevée. Une des solutions à ce problème était d'augmenter la surface des branchies.

Les poissons, par exemple, ont un grand nombre de plis qui sont séparés les uns des autres par l'eau. Cela leur donne une grande surface d'échange de gaz, ce qui leur permet d'atteindre leur efficacité maximale.

Organes sensibles

Les branchies sont des organes très sensibles, sensibles aux blessures physiques et aux maladies causées par des parasites, des bactéries et des champignons. Pour cette raison, les branchies les moins évoluées sont généralement considérées comme externes.

Blessures

Chez les poissons osseux, les branchies face à de fortes concentrations de polluants chimiques tels que métaux lourds, solides en suspension et autres substances toxiques, subissent des lésions morphologiques ou des blessures appelées œdème.

Ceux-ci provoquent une nécrose du tissu branchial et, dans les cas graves, peuvent même entraîner la mort de l'organisme en raison de l'altération de la respiration.

En raison de cette caractéristique, les branchies de poisson sont fréquemment utilisées par les scientifiques comme biomarqueurs importants de la contamination dans les milieux aquatiques.

Caractéristiques

La fonction principale des branchies, pour les organismes invertébrés et vertébrés, est de réaliser le processus d'échange gazeux de l'individu avec le milieu aquatique.

Parce que la disponibilité de l'oxygène est plus faible dans l'eau, les animaux aquatiques doivent travailler plus dur pour capter un certain volume d'oxygène, ce qui représente une situation intéressante, car cela signifie qu'une grande partie de l'oxygène obtenu sera utilisée dans la recherche de nouveaux oxygène.

L'homme utilise 1 à 2% de son métabolisme au repos pour ventiler les poumons, alors que les poissons au repos ont besoin d'environ 10 à 20% pour ventiler les branchies.

Les branchies peuvent également développer des fonctions secondaires chez certaines espèces, par exemple, chez certains mollusques, celles-ci ont été modifiées pour contribuer à la capture de nourriture, car ce sont des organes qui filtrent l'eau en continu.

Chez différents crustacés et poissons, ils effectuent également la régulation osmotique de la concentration des substances disponibles dans l'environnement par rapport à l'organisme, trouvant des cas dans lesquels ils sont responsables d'excréter des éléments toxiques.

Dans chaque type d'organisme aquatique, les branchies ont une fonction particulière, qui dépend du degré d'évolution et de la complexité du système respiratoire.

Comment travaillent-ils?

En général, les branchies fonctionnent comme des filtres qui piègent l'oxygène O ₂ présent dans l'eau, indispensable pour remplir ses fonctions vitales, et expulsent le dioxyde de carbone CO ₂ résiduel présent dans l'organisme.

Pour réaliser cette filtration, un débit d'eau constant est nécessaire, qui peut être produit par les mouvements des branchies externes dans les vers, par les mouvements de l'individu comme effectués par les requins, ou par le pompage des phoques chez les poissons osseux.

L'échange gazeux se produit par diffusion de contact entre l'eau et le liquide sanguin contenu dans les branchies.

Le système le plus efficace est appelé écoulement à contre-courant, où le sang circulant à travers les capillaires branchiaux entre en contact avec de l'eau riche en oxygène. Un gradient de concentration est produit qui permet à l'oxygène d'entrer par les plaques branchiales et de se diffuser dans la circulation sanguine, en même temps que le dioxyde de carbone se diffuse à l'extérieur.

Si l'écoulement de l'eau et du sang était dans le même sens, les mêmes taux d'absorption d'oxygène ne seraient pas atteints, car les concentrations de ce gaz s'égaliseraient rapidement le long des membranes branchiales.

Types (externes et internes)

Les branchies peuvent apparaître dans la partie externe ou interne de l'organisme. Cette différenciation est principalement une conséquence du degré d'évolution, du type d'habitat où il se développe et des caractéristiques particulières de chaque espèce.

Branchies externes

Les branchies externes sont observées principalement chez les espèces peu évoluées d'invertébrés, et temporairement dans les premiers stades de développement des reptiles, puisqu'ils les perdent après avoir subi une métamorphose.

Axolotl mexicain (Ambystoma mexicanum). Par Alexander Baranov de Montpellier, France (.), Via Wikimedia Commons Ces types de branchies présentent certains inconvénients, d'abord parce qu'ils sont des appendices délicats, ils sont sujets aux abrasions et attirent les prédateurs. Dans les organismes qui ont du mouvement, ils gênent leur locomotion.

Étant en contact direct avec l'environnement extérieur, ils sont généralement très sensibles et peuvent être facilement affectés par des facteurs environnementaux défavorables, tels que la mauvaise qualité de l'eau ou la présence de substances toxiques.

Si les branchies sont endommagées, il est très probable que des infections bactériennes, parasitaires ou fongiques se produisent, ce qui, selon la gravité, peut entraîner la mort.

Branchies internes

Les branchies internes, parce qu'elles sont plus efficaces que les externes, se produisent dans les grands organismes aquatiques, mais elles ont différents niveaux de spécialisation en fonction de l'évolution de l'espèce.

Ceux-ci sont généralement situés dans des chambres qui les protègent, mais ils ont besoin de courants qui leur permettent d'avoir un contact constant avec l'environnement extérieur pour se conformer aux échanges de gaz.

Les poissons ont également développé des calottes calcaires appelées branchies qui servent à protéger les branchies, agissent comme des portes qui restreignent le débit de l'eau et pomper l'eau.

Importance

Les branchies sont essentielles à la survie des organismes aquatiques, car elles remplissent un rôle indispensable pour la croissance des cellules.

En plus de respirer et d'être une partie essentielle du système circulatoire, ils peuvent contribuer à l'alimentation de certains mollusques, fonctionner comme des systèmes d'excrétion de substances toxiques et être des régulateurs de différents ions dans des organismes aussi évolués que les poissons.

Des études scientifiques montrent que les personnes qui ont subi des dommages au système respiratoire branchial, ont un développement plus lent et sont de plus petite taille, sont plus sujettes aux infections et parfois à des blessures graves, qui peuvent entraîner la mort.

Les branchies ont réalisé des adaptations aux habitats et aux conditions environnementales les plus divers, permettant l'établissement de la vie dans des écosystèmes pratiquement anoxiques.

Le niveau de spécialisation des branchies est directement lié à la phase évolutive de l'espèce, et c'est certainement le moyen le plus efficace d'obtenir de l'oxygène dans les systèmes aquatiques.

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