Come respirano gli squali?

Gli squali catturano la loro parte di fascino umano. Questi fossili viventi dei mari possiedono un'incredibile gamma di caratteristiche. La convinzione che gli squali muoiano se smettono di nuotare è quasi risaputo, ma non è del tutto accurata. Gli squali negli oceani non sono in costante movimento, quindi come respirano gli squali?

La concentrazione di ossigeno nell'acqua è molto inferiore alla concentrazione di ossigeno nell'aria. Gli animali con branchie hanno sviluppato metodi strutturali e comportamentali per assorbire quanto più ossigeno possibile dall'acqua che li circonda. Gli squali hanno sviluppato metodi di respirazione molto efficaci che si adattano perfettamente all'ambiente circostante.

branchie di squalo

Gli squali, come tutti i pesci, respirano attraverso le branchie. Le branchie sono organi respiratori che svolgono la stessa funzione dei polmoni negli animali terrestri. Le branchie di uno squalo contengono centinaia di filamenti piumati con migliaia di lamelle per filamento. Le lamelle contengono minuscoli vasi sanguigni o capillari. I capillari assorbono ossigeno dall'acqua e rilasciano anidride carbonica. I polmoni umani contengono capillari per lo stesso scopo. Gli squali assorbono l'80% dell'1% della concentrazione di ossigeno nell'acqua. I polmoni umani assorbono un magro 25% della concentrazione di ossigeno del 21% nell'aria.

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Ventilazione ariete

Gli squali hanno da 5 a 7 archi branchiali con una singola fessura branchiale in ogni arco. La maggior parte dei pesci ha un opercolo, o copertura, sulle branchie. Gli squali non hanno un opercolo, ma hanno rastrelli branchiali strutturali perpendicolari agli archi branchiali. Gli squali respirano attraverso la ventilazione dell'ariete. La ventilazione dell'ariete avviene quando l'acqua scorre sulle branchie dello squalo. L'acqua passa attraverso la bocca e sopra le branchie mentre uno squalo nuota in avanti. Gli squali hanno una fessura branchiale aggiuntiva, o spiracolo, direttamente dietro i loro occhi. Lo spiracolo dirige l'acqua alla bocca e i rastrelli branchiali dirigono l'acqua sulle fessure branchiali.

Circolazione degli squali

Gli squali hanno cuori con due camere. Il sangue ossigenato viaggia dalle branchie all'atrio del cuore dello squalo. Il cuore pompa il sangue ossigenato nelle arterie per raggiungere i tessuti e gli organi di tutto il corpo. Il sangue deossigenato viaggia attraverso le vene fino al ventricolo del cuore. Il ventricolo pompa il sangue deossigenato ai capillari branchiali. Il cuore di uno squalo non è molto forte: il flusso d'acqua aiuta a far circolare il sangue attraverso il sistema circolatorio dello squalo, quindi il cuore non fornisce tutta la forza necessaria per mantenere il flusso sanguigno.

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Principio Ramjet

L'intero processo di ventilazione e circolazione del montone in uno squalo diventa più efficiente man mano che lo squalo nuota più velocemente. Il processo accelerato durante il nuoto più veloce è chiamato principio ramjet. Il principio del ramjet aiuta gli squali a inseguire la preda senza stancarsi. Il sangue di uno squalo circola in un flusso controcorrente che si muove sempre nella direzione opposta dell'acqua, il che aiuta a massimizzare l'assorbimento di ossigeno dal mare.

Pompaggio Buccale

Gli squali sono spesso indicati come fossili viventi perché le specie attuali sono state trovate molto indietro nei reperti fossili. Nonostante il lungo lignaggio delle moderne specie di squali, le specie antiche esistevano prima di loro. Gli squali più antichi usavano il pompaggio buccale per respirare quando non si muovevano. Il pompaggio buccale utilizza i muscoli buccali, o guance, per aspirare l'acqua nella bocca e sopra le branchie. I pesci ossei e alcune specie di squali moderni, come gli squali nutrice, gli squali angelo e gli squali tappeto, usano ancora la respirazione buccale.

Squali che si nutrono di fondale

La maggior parte degli squali in grado di utilizzare il pompaggio buccale sono mangiatori di fondo. Spesso riposano sul fondo dell'oceano e hanno un corpo appiattito dorsoventralmente. I loro corpi sono piatti e sottili lungo la schiena. Gli squali che respirano buccalmente hanno spiracoli prominenti dietro gli occhi. Gli spiracoli attirano l'acqua e la spingono indietro quando lo squalo viene sepolto nella sabbia sul fondo dell'oceano.

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Ventilazione buccale e ariete

Molti squali hanno gradualmente perso le strutture fisiche necessarie per il pompaggio buccale man mano che si evolvevano. Gli spiracoli di squali grandi e veloci si sono ridotti e sono scomparsi mentre si evolvevano in predatori eleganti e moderni. La ventilazione del montone è più efficiente dal punto di vista energetico rispetto alla respirazione buccale. Il flusso d'acqua mentre uno squalo nuota consuma meno energia rispetto al pompaggio dell'acqua nella bocca. La maggior parte delle moderne specie di squali può alternare il pompaggio buccale e la ventilazione dell'ariete. Lo squalo tigre della sabbia alterna frequentemente i metodi di respirazione perché caccia le prede sul fondo dell'oceano e nuota nell'acqua.

Ventilatori a pistone obbligati

Alcuni squali sono ventilatori ariete obbligati. Hanno completamente perso la capacità di respirare attraverso il pompaggio buccale. Circa 24 delle 400 specie di squali conosciute sono ventilatori ariete obbligati. Questi squali nuotano continuamente e annegano se non sanno nuotare. Grandi bianchi, mako, squali salmone e squalo balena respirano solo attraverso la ventilazione dell'ariete. I loro spiracoli sono appena visibili e il grande bianco non ha più spiracoli.

Come riposano gli squali?

Gli scienziati ritengono che gli squali che respirano solo attraverso la ventilazione forzata dell'ariete utilizzino le caratteristiche dell'acqua per riposare senza annegare. La temperatura, la salinità e l'ora del giorno influenzano la concentrazione di ossigeno nell'acqua dell'oceano. Gli scienziati hanno scoperto squali di barriera immobili nelle grotte degli squali dormienti negli anni '70. Gli squali di barriera respirano con ventilazione obbligatoria dell'ariete. Gli scienziati hanno teorizzato che la concentrazione eccezionalmente elevata di ossigeno nelle acque della grotta ha permesso agli squali di barriera di rimanere fermi.

Squali a rischio

Gli squali hanno una straordinaria capacità di adattamento. I loro metodi di respirazione sono particolarmente adatti alle loro abitudini alimentari e all'ambiente. I predatori dell'apice tendono ad essere ventilatori ariete obbligati, mentre gli alimentatori dal basso hanno meccanismi di pompa buccale ben sviluppati. Gli squali, come specie, sono sopravvissuti a due eventi di estinzione di massa nel corso della lunga storia della terra. Sfortunatamente, i tempi moderni mettono alla prova i meccanismi di coping degli squali fino ai loro limiti. Il finning illegale lascia gli squali ad annegare impotenti poiché non possono nuotare senza pinne. Anche le reti da pesca interferiscono con la capacità di nuotare. Organizzazioni illegittime con zoo o acquari non regolamentati in tutto il mondo hanno ucciso migliaia di squali per ignoranza e incompetenza durante il trasporto.