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물고기는 물속에서 생활하기 때문에 인간의 폐 호흡과는 다른 아가미로 호흡합니다. 아가미는 물고기의 호흡기관으로 갯지렁이, 물고기, 올챙이 등 다양한 수중생활을 하는 생물들이 아가미를 통해 호흡합니다.
아가미의 구조
아가미는 물고기의 호흡 기관으로 수많은 가닥에 세포막이 덮여 있으며 세포막에는 모세혈관이 발달해 있습니다. 이러한 구조 덕분에 아가미는 효과적으로 산소와 이산화탄소를 교환할 수 있습니다.
호흡 메커니즘
물고기가 물을 입으로 들이마신 후 물은 아가미를 통과하여 몸 밖으로 나갑니다. 이 과정에서 물 속에 용해된 산소가 아가미의 실같은 가닥을 통해 혈액으로 확산됩니다.
- 물 흡입: 물고기는 입을 벌려 물을 들이마십니다.
- 아가미로 이동: 흡입된 물은 아가미로 이동합니다.
- 산소 확산: 물 속의 산소가 아가미에 있는 얇은 세포막을 통해 혈액으로 확산됩니다.
- 이산화탄소 배출: 동시에 혈액 속의 이산화탄소가 아가미를 통해 물로 배출됩니다.
- 물 배출: 물고기는 입을 닫고 아가미 덮개를 열어 물을 배출합니다.
대류 교환 메커니즘 (Countercurrent Exchange Mechanism)
물고기의 아가미는 대류 교환 메커니즘을 사용하여 산소를 흡수하고 이산화탄소를 배출합니다. 물과 혈액이 서로 반대 방향으로 흐르면서 일어나는 과정입니다.
작동 원리
- 반대 방향: 물고기의 아가미를 통과하는 물과 아가미를 흐르는 혈액은 서로 반대 방향으로 흐릅니다.
- 산소 농도 차이: 물은 아가미를 통과하면서 산소 농도가 높은 상태에서 낮은 상태로 변화하고 혈액은 산소 농도가 낮은 상태에서 높은 상태로 변화합니다. 이러한 반대 방향의 흐름은 두 매체 사이의 농도 차이를 일정하게 유지시켜 전체 아가미 표면에서 지속적으로 산소가 혈액으로 확산될 수 있게 합니다.
- 가스 교환: 산소가 물에서 혈액으로 지속적으로 이동하도록 만들며 혈액이 물로부터 최대한의 산소를 흡수할 수 있게 합니다. 동시에 혈액 속의 이산화탄소는 물로 배출됩니다.
대류 교환 메커니즘과 반대되는 구조에서는 물과 혈액이 같은 방향으로 흐르기 때문에 산소 교환의 효율이 떨어집니다. 반면에 대류 교환 메커니즘은 전체 아가미 표면에 걸쳐 높은 효율의 가스 교환이 일어나므로 물고기가 물속에서 효과적으로 호흡할 수 있습니다.
물고기의 다양한 아가미 구조
상어와 가오리
상어와 가오리는 5~7개의 아가미 틈을 가지고 있습니다. 물을 입으로 흡입한 후 아가미 틈을 통해 물을 배출하며 산소를 흡수합니다. 상어는 대부분의 경우 입을 통해 물을 흡입하여 아가미로 보내지만 가오리는 아가미에 직접 연결된 별도의 구조(스피리클)를 통해 물을 흡입하기도 합니다.
*일부 상어와 가오리의 아가미는 펌프 역할을 하는 아가미 덮개가 없기 때문에 호흡하기 위해 끊임없이 이동해야 합니다.
피부 호흡
일부 물고기는 아가미 외에도 피부를 통해 산소를 흡수합니다. 장어와 같은 일부 종은 피부를 통해서도 산소를 흡수할 수 있어 이중 호흡을 합니다. 이들은 피부가 얇고 혈관이 많기에 산소가 피부를 통해 혈액으로 쉽게 확산될 수 있습니다.
예외
일부 물고기는 폐와 유사한 구조를 가지기도 합니다. 아프리카의 폐어는 물이 부족한 환경에서 생존하기 위해 폐와 비슷한 호흡 구조를 발달시켰습니다. 이들은 공기를 호흡할 수 있어 물속뿐만 아니라 공기 중에서도 산소를 흡수할 수 있습니다.