肺呼吸と鰓呼吸の違いを徹底解説｜私たちと魚、それぞれの呼吸が生きる理由とは？

---

肺呼吸と鰓呼吸の違いを理解するための基本概念

呼吸とは体が外界とガスを取り入れて、細胞の呼吸に必要な酸素を届け、二酸化炭素を排出する一連の過程です。生き物の体の構造により、空気中での酸素獲得の仕方は異なります。肺呼吸、鰓呼吸、さらに皮膚呼吸など、呼吸の方法は多様ですが、どの方法も基本は「酸素を取り込み、二酸化炭素を出す」という点で共通しています。肺呼吸は陸上の脊椎動物や一部の哺乳類・鳥類・爬虫類が使います。鰓呼吸は水中の両生類・魚類が使います。呼吸器系は体内の酸素を血液に渡し、血液は全身へ酸素を運ぶ。これが基本の流れです。

空気中と水中では酸素の溶解度、水の粘度、温度などが大きく異なるため、呼吸器官の形と動きもそれに合わせて発達してきました。肺は空気の中の酸素を効率よく取り込み、血液へ渡すための巨大な表面積を持つ仕組みです。対して鰓は水の中で酸素を取り込みやすいように、薄い膜を広く展開しているのが特徴です。体の中で酸素が不足すると体はすぐに疲れやすくなるため、これらの仕組みはエネルギーを生み出す過程と密接に関係しています。

この基本を知ると、動物がどうして異なる環境で生きられるのかが見えてきます。陸上の哺乳類は乾いた空気中での呼吸を選び、水中の生物は水の中で酸素を取り込む呼吸を選ぶ理由が理解しやすくなります。呼吸は単なる酸素の取り込みだけでなく、体の温度管理・水分の蒸発防止・血液循環のリズムなどと深く結びついています。

最後に、呼吸器官は年齢・成長・環境の変化に合わせて発達・調整します。子どもと大人で肺の容量が変わるように、魚や両生類も環境に応じてえらの働きを強化したり弱めたりします。こうした適応の仕組みを知ることは、自然界の多様性を理解する第一歩です。

肺呼吸のしくみと利点

肺呼吸は主に空気を体内に取り込み、血液に酸素を渡して全身へ運ぶ仕組みです。人間では横隔膜と肋間筋が動くことで肺に空気を引き込み、肺の内部には小さな袋のような気腔、気管支の末端に多数の小さな袋状の構造、すなわち肺胞が並んでいます。気体交換はこの肺胞の薄い膜を介して起こり、酸素は肺胞の壁を通って血液中の赤血球へ取り込まれ、同時に血液中の二酸化炭素が肺へ運ばれ、呼気として体外へ出ていきます。肺呼吸の大きな利点は、空気の中には水よりも安定して高い酸素濃度がある点と、体を乾いた状態に保ちやすい点だということです。このおかげで陸上動物は長時間の運動や複雑な動作を安定して行えます。

また、肺の構造は表面積を大きく保つように設計されており、酸素と二酸化炭素の拡散速度を高めています。呼吸筋の働きはエネルギーを使いますが、酸素を十分に取り込むことで筋肉の働きが持続します。陸上の生物にとっては、乾燥した空気と暖かい気温の条件下で長時間の活動を可能にする点が大きな利点です。

肺呼吸を支えるもう一つの重要な要素は湿度です。気管と肺胞の膜は水分を保ち、気道が乾燥すると粘膜が傷つきやすくなります。肺呼吸の仕組みはこの湿度管理と連携しており、体内の水分を適切に保つ役割も果たしています。

鰓呼吸のしくみと利点

鰓呼吸は水の中で酸素を取り込むしくみです。魚類や一部の両生類は口から水を取り入れ、えらを通過させて水と血液の間で酸素を交換します。えらは薄い膜状の組織が多く、毛細血管が密集しており、表面積がとても大きいのが特徴です。水は口腔内を通過してえらを覆い、えらの膜を通る際に酸素が血液へ渡され、二酸化炭素が水へ戻ります。逆流の原理と呼ばれる水流と血液の流れを反対方向に合わせる工夫が、鰓呼吸の酸素取り込み効率を高めています。

鰓呼吸の利点は、水中という環境に適応している点にあります。水は大気より酸素濃度が低い場合が多いですが、えらは表面積が大きく、血液との接触時間を長く取れるため酸素の取り込みが安定します。水温が低い水域では溶存酸素が増えることがあり、鰓呼吸はこの環境にも強く対応します。一方で水が動いていなければ酸素供給が落ちる点、汚染や高温で溶存酸素が減ると影響を受けやすい点は課題です。鰓呼吸は水中生物の生態に密接に結びつく高度な適応であり、環境の変化に応じてえらの動きを調整する柔軟性を持っています。

共通点と相違点を比べる

以下の表は、肺呼吸と鰓呼吸の代表的なポイントを並べたものです。環境、器官、ガス交換の仕組み、適応、エネルギーコスト、発達の方向性などを比べてみましょう。

点	肺呼吸	鰓呼吸
環境	主に空気中	主に水中
器官の基本構造	肺と横隔膜、肋骨	えらと口腔内の水路
ガス交換の部位	肺胞	えらの薄膜
酸素取り込みの機構	拡張と収縮で空気を肺へ取り込み、拡散	水と血液の接触で酸素を取り込み、拡散
適応の特徴	乾燥した環境での長時間活動に適する	水中の酸素濃度の変動に対応する柔軟性
エネルギーコスト	発生する呼吸筋にエネルギーが必要	水の流れを作る方法によってコストが変わる
長所の要約	空気中での高酸素濃度、乾燥条件に適応	水中での酸素取り込みを大きな表面積で可能に

このように、肺呼吸と鰓呼吸は環境に合わせて最適化された仕組みを持っており、それぞれの呼吸法が生き物の生態を支えています。呼吸の違いを知ると、地球上の生物がどれだけ多様な方法で同じ目的を追求しているかがよくわかります。

ピックアップ解説

koneta: 魚の鰓呼吸について友達と雑談をしている感じで話すと、魚は水の中で酸素を取り込む必要があるので、えらという薄い膜の集まりを使って水と血液の間で酸素を渡す器官を持っています。水は空気より酸素が取りづらいので、えらは表面積をとても広くして、血液と接する機会を増やすんです。さらに水の流れを作る動作と血液の流れを逆向きにする工夫（逆流の原理）で、酸素の取り込みを効率化します。もし水の温度が上がって溶存酸素が減ると、魚はえらの開閉を調整して酸素を確保します。こんな小さな工夫が、水中で長く生きる力になるんだなあと、友だちと話しているといつも思います。

---