肺は、生命に不可欠な複雑な臓器系です。彼らは、空気と血流の間の酸素と二酸化炭素の交換を担当しています。肺の構造は、流体のダイナミクスや輸送など、多くの要因によって形作られています。
流体力学
私たちが呼吸する空気は、複雑なパターンで肺を通り抜けます。このパターンは、流体の動きを支配する流体ダイナミクスの法則によって決定されます。肺を通る空気の流れの速度と方向は、気道の形状、空気の粘度、肺と大気の間の圧力勾配に影響されます。
気道の形状は、空気の流れがガス交換が行われる肺の小さな嚢である肺胞に向けられるようなものです。肺胞には薄い流体が並んでいるため、空気の流れを遅くするのに役立ち、酸素と二酸化炭素が肺胞壁にびまんで拡散します。
輸送
空気と血流の間に交換される酸素と二酸化炭素は、拡散のプロセスによって肺を介して輸送されます。拡散とは、高濃度の領域から低濃度の領域への分子の動きです。
酸素の濃度は、血流よりも空気中で高くなるため、酸素は空気から血流に拡散します。二酸化炭素の濃度は、血流よりも血流の中で空気中の濃度が高いため、二酸化炭素が血流から空気に拡散します。
肺の進化
肺は数百万年にわたって進化して、今日の複雑な臓器系になりました。気道の形状と肺胞を並べる液体の薄い層は、流体のダイナミクスと輸送によって形作られた2つの特徴にすぎません。
肺の進化は、動物が酸素を呼吸する必要性によって推進されてきました。肺を進化させる最初の動物は、浅い水に住んでいた水生生物でした。これらの動物には、厚い液体が並んでいる単純な肺がありました。動物が陸に移動すると、空気から酸素を抽出できるより効率的な肺を進化させる必要がありました。
陸生動物の肺は、水生動物の肺よりもはるかに複雑です。ガス交換のためのより大きな表面積があり、空気の流れを遅くするのに役立ち、酸素と二酸化炭素の効率的な拡散を可能にする薄い流体が並んでいます。
肺の進化は、自然選択の力の証です。何百万年もの間、肺は流体のダイナミクスと輸送によって形作られ、今日の複雑な臓器系になりました。
結論
肺は、生命に不可欠な複雑な臓器系です。彼らは、空気と血流の間の酸素と二酸化炭素の交換を担当しています。肺の構造は、流体のダイナミクスや輸送など、多くの要因によって形作られています。肺の進化は、動物が酸素を呼吸する必要性によって推進されてきました。何百万年もの間、肺は自然選択によって形作られ、今日の複雑な臓器系になりました。
