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L'aria che respiriamo è principalmente azoto (78%) e 21% di ossigeno. L'acqua che i pesci «respirano» contiene anche ossigeno, ma a una concentrazione molto più bassa, inferiore all'1%. Inoltre, poiché l'acqua è 840 volte più densa dell'aria e 60 volte più viscosa, occorre più sforzo per i pesci «respirare» per estrarre ossigeno, circa il 10% della loro energia metabolica. In confronto, gli animali terrestri usano solo circa il 2% della loro energia metabolica per estrarre ossigeno dall'aria. Ad esempio, le trote iridee devono spostare circa 600 ml di acqua oltre le branchie al minuto per kg di peso mentre, in confronto, i rettili terrestri come le tartarughe devono solo muoversi 50 ml di aria min-1 kg-1 . Di conseguenza, anche se le branchie di pesci sono abbastanza efficienti, ottenere abbastanza ossigeno dall'acqua circostante può essere difficile e talvolta pericoloso per la vita.

I pesci catturano l'ossigeno utilizzando le branchie che sono a diretto contatto con l'acqua circostante e sono facili da preda di parassiti e infezioni batteriche. La superficie totale delle branchie è circa 10 volte la superficie di tutto il corpo. Le branchie sono importanti anche per lo scambio ionico (mantenimento dell'equilibrio acido-base) e per l'eliminazione dei rifiuti, come l'ammoniaca. Così, i pesci praticamente urinare attraverso le loro branchie così come respirare attraverso di loro. Per ottenere ossigeno, l'acqua viene aspirata nella cavità orale e quindi la bocca viene chiusa per forzare l'uscita dell'acqua attraverso le due opercole. Questo movimento di pompaggio crea un flusso unidirezionale di acqua, a differenza dell'inalazione ed espirazione attraverso lo stesso orifizio nei mammiferi terrestri. Alcuni pesci, come gli squali, possono tenere la bocca aperta durante il nuoto, che apparentemente fornisce abbastanza flusso d'acqua sulle branchie per respirare normalmente. Se le vasche lo consentono, puoi provare a misurare indirettamente la frequenza cardiaca del tuo pesce contando la frequenza opercolare — i tempi in cui l'opercola si apre e chiude durante un minuto. Questa misura può essere utilizzata come indicatore indiretto del benessere degli animali poiché i pesci stressati hanno frequenze opercolari elevate.

La maggior parte dei pesci ha quattro archi branchiali su ciascun lato del corpo (Figura 2). Ogni arco è costituito da una verga ossea bianca che corre dall'alto verso il basso (ventrale-dorsale) da cui derivano i filamenti primari a forma di V in direzione caudale. I filamenti primari o le lamelle primarie sono rossi poiché sono pieni di sangue. Ogni lamella primaria ha lamelle secondarie che la attraversano perpendicolarmente e trasportano singole cellule del sangue per facilitare lo scambio gassoso (rilasciare CO2 e catturare O 2 utilizzando l'emoglobina nei globuli rossi). Il flusso del sangue scorre contro il flusso dell'acqua, il che aumenta la sua efficienza. Inoltre, i pesci possono aprire o chiudere il set di filamenti primari per esporre più lamelle secondarie all'acqua, facendo efficacemente respiri più profondi. Dopo aver riempito con ossigeno le cellule del sangue continuano a muoversi attraverso il corpo attraverso le arterie.

*Copyright © Partner del progetto Aqu @teach. Aqu @teach è un partenariato strategico Erasmus+ per l'istruzione superiore (2017-2020) guidato dall'Università di Greenwich, in collaborazione con l'Università di Scienze Applicate di Zurigo (Svizzera), l'Università Tecnica di Madrid (Spagna), l'Università di Lubiana e il Centro Biotecnico Naklo (Slovenia) . *

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