鳥、昆虫、かにの呼吸について

質問

小鳥は飛行中、羽を羽ばたいて飛行します、わたり鳥は、目的地まで眠らず、食べずに、小さな肺呼吸で息が続くのは、呼吸法が違うのか、
昆虫は、腹の器官で呼吸します、小さな羽根を羽ばたいて、しかも汗をかかず、熱をどうやってにがしているのか不思議です
蟹は水中でも、大気中でも呼吸ができますが、不思議です、

回答No.2

kagakusuki · ベストアンサー

鳥は肺の他に、肺に繋がっている気嚢と呼ばれる空気の袋が、身体の各所に延びています。
　気嚢は鳥の体重を軽量化する働きもありますが、効率的な呼吸をする事にも役立っています。
　気嚢にも空気が出入りしますが、気嚢の出入口は特殊な形状をしていて、これが流体素子という流体（この場合は空気）の流れを制御する、電子回路におけるトランジスタやダイオードの様な働きをするものになっています。
　この気嚢と流体素子の働きにより、鳥の肺の中の空気は、肺の中をほぼ一定方向に流れます。（哺乳類の肺の中の空気は、入ったり出たりと流れる方向が変わります）
　これに対して、鳥の肺の毛細血管の中の血流は、空気の出口側から入口側に向かって流れています。
　鳥の肺の中の空気は、肺の中を流れて行くに従って、血流によって酸素を奪われていくため、入口に近い位置程、酸素濃度が高く、出口に近くなる程、酸素濃度が低くなります。
　血液は酸素濃度が高い所で酸素を吸収し、酸素濃度が低い所で酸素を放出します。
　鳥の肺の空気の出口付近では、空気の酸素濃度が低くなっていますが、その部分を流れる血液は肺に入って来たばかりの酸素濃度が低い血液であるため、低い酸素濃度の空気からでも、酸素を吸収する事が出来ます。
　酸素濃度が高い血液程、酸素を吸収し難くなりますが、鳥の肺の血流は、酸素を吸収する毎に、空気の酸素濃度がより高くなっている位置に流れて行きますから、肺の血流の出口付近では、肺の空気の入口付近の最も酸素濃度が高い空気から酸素を吸収する事により、血液の酸素濃度が高くなります。
　このため、鳥の肺を通過した空気は、酸素が吸収され尽くします。
　つまり、同じ量の空気を呼吸する場合、鳥の肺はより多くの酸素を吸収する事が出来るのです。

【参考URL】
　気嚢 - Wikipedia
　　http://ja.wikipedia.org/wiki/%E6%B0%97%E5%9A%A2

　流体素子 - Wikipedia
　　　http://ja.wikipedia.org/wiki/%E6%B5%81%E4%BD%93%E7%B4%A0%E5%AD%90

　昆虫は変温動物で、体内で積極的に熱を生み出してはいませんから、恒温動物とは違って発生する熱は多くはありません。
　そして、コップ一杯のお湯が、鍋一杯のお湯よりも冷めやすい事と同様に、身体の小さな生き物ほど、体温が逃げやすいため、昆虫の様な小さな生き物では、汗をかく等の体温を下げるための仕組みが必要ないのだと考えられます。
　余談ですが、昆虫は身体中に気管と呼ばれる空気の管が張り巡らされていて、腹部で取り入れた空気中の酸素は、酸素濃度の差によって、気管の中の空気中を拡散する事によって、気管の末端まで到達するそうです。（気管の中を空気が循環している訳ではない）

【参考URL】
　気管 - Wikipedia
　　http://ja.wikipedia.org/wiki/%E6%B0%97%E7%AE%A1

　カニは鰓で呼吸しますが、カニの鰓は胴体の中にありますから、カニが空気中に出て来ても、すぐに乾いてしまう事はありません。
　鰓を濡らしている水の中には、空気中の酸素が溶け込んで行きます。
　そうして鰓の水分に溶けた酸素を鰓で吸収する事で、カニは空気中でも暫くの間は活動する事が出来るのです。
　又、カニは変温動物ですから、必要とする酸素の量が少なくて済む事も、カニが空気中で活動する時間を長くする事に役立っています。

【参考URL】
　なぜなに学習相談 > カニは、どうしてあわをふくの
　　http://kids.gakken.co.jp/box/nazenani/pdf/04_m-ikimono/X1050005.pdf

お礼

回答ありがとうございます、哺乳類よりガス変換効率が優れた気嚢と整流素子を持つことで、多くの酸素を取り込み、炭酸ガスを排出していることがわかりました、整流素子という、気流を調整する器官があることに初めて知りました、半導体電子素子のダイオード、トランジスタと同じ働きをすることにもびっくりです、昆虫の件も電子部品の劣化の原因が、部品から発する熱で、そのために熱が少ない超小型半導体素子、集積回路が発明され、ヒートパイプ放熱の技術が進歩しました、電子技術と昆虫との共通点が見出せました、ＣCD固体撮像素子も昆虫の複眼からヒントを得たといわれます

回答No.3

Kunfu

恐竜と哺乳類は、現在よりも酸素の薄い時代に誕生しました。
そのため、活発に行動するためには酸素を多く取り込む必要がありました。
そこで発明したのが恐竜の気嚢と哺乳類の横隔膜です。
気嚢とわれわれの横隔膜のいずれが優れているかと言えば、悔しいですが気嚢です。

気嚢が優れているのは、骨の中まで入り込んで空気を多く取り込み、かつ空気の流れに一方通行を導入して残気量がないのです。
だからアパトサウルスなどの首長竜が存在することができました。
もし哺乳類ならあんなに長い首をしていたら酸欠になってしまいます。
鳥類は、一部の恐竜から進化したというのが現在の定説です。
気嚢システムを受け継ぐことによって、大量の酸素を取り込むことができるうえ、軽量な骨格も持っています。

昆虫は上陸したときにエラを捨てました。
まったく捨てたわけでなく、羽に進化させたのです。
その代わり、水棲の節足動物とはまったく異なった呼吸法を発明しました。

昆虫は、気管によって呼吸しています。
これは直径0.２マイクロメートル（かつてはミクロンといわれました。以下「µm」）の管が身体の奥深くまで、直接酸素を運びます。
奥深くと言っても、昆虫だからヘラクレスオオカブトムシでも２～３ｃｍ。
こんな細い管ですが、昆虫の大きさに拘わらず同じ太さです。
0.2µmは、大気中の酸素分子の平均自由行程の２倍。これより細ければ酸素の供給に問題が生じます。
逆にこれより太ければ水分の蒸発の危険があります。
昆虫のように小さい生物は水の蒸発が命取りになります。
従って、この絶妙の細さでなければならないのです。
物理的にこの太さは決まっているので、これより太くても細くてもダメです。

この気管は、昆虫の外骨格を構成するクチクラが体内に陥入しているもので、昆虫は脱皮のとき命がけで気管を引き抜きます。
小型の昆虫も大型の昆虫も気管の太さは同じですが、長さが極端に違います。
そこで、大型昆虫では脱皮するときに気管の引き抜きに失敗して死んでしまうものがあります。
だから、ＳＦ映画に出てくるような巨大昆虫は存在できません。

昆虫は非常に小さいので循環器系も貧弱なため、体液中の糖分を高くして空を飛ぶエネルギーを供給します。
また、小さい身体なので体積に対して表面積が大きく、熱がこもることはありません。

カニは水棲の節足動物でエラ呼吸をします。
水棲の節足動物の元祖は三葉虫ですが、太古に絶滅しています。
三葉虫は最初の節足動物の特徴を備えています。
すなわち、体の節に一対づつの歩行肢と呼吸肢を備えていました。
呼吸肢というのはエラの原型です。
甲殻類は進化の過程で、歩行肢を１０脚残し呼吸肢をエラという形で進化させました。
カニに近いクモの仲間は書肺という呼吸器を持っていますが、これは昆虫よりエラに近いものです。
しかし、カニの場合陸上生活に適応していないので乾燥に弱く、水のない陸上では泡を吹いてエラを乾燥から守っています。

お礼

回答ありがとうございます、生物の進化論が関係しているのですね、、気嚢があるから鳥は息切れもなく、気圧の低い高い高度が飛べる、現代の航空機エンジンのターボチャージャー（過給器）と同じ働きをすることもわかりました、首の長い恐竜が、呼吸できる理由もわかりました

回答No.1

debukuro

昆虫は体温が上がりすぎたり下がりすぎたりすると動けなくなります
昼活動する昆虫は夜は体温が低くなるので活動できない
夜活動する昆虫は日中は体温が上がりすぎるので活動できない
夜活動する大きな蛾は夜は体温が低すぎて動けない、昼活動すると体温が上がりすぎて動けない
そこで夜気温が下がったときに翅を振るわせて体温を上げてから活動を開始するのです
暖機運転をする訳ですな

カニやエビを水から出すと泡を吹きます
あれは鰓が直接外気に触れて乾燥しないようにしているのです
鰓が乾燥するのは私たちの肺に水が満たされるのと同じです
私たちが空気タンクを持って潜水するのと同じですな

鳥はパスｗ

お礼

回答ありがとうございました、定温動物（温血動物）、変温動物という、差が、呼吸法に関係していることがよくわかりました、成虫の昆虫は寒い冬はどこで暮らしているのでしょうか、冬はえさをどうしているのでしょうかという疑問も出てきました、