Dokonaliśmy przeglądu narządów oddechowych poszczególnych typów świata zwierzęcego, rozpatrując budowę tych narządów u wybranych przedstawicieli różnych gatunków. Obecnie spróbujemy dokonać pewnych uogólnień, aby zrozumieć przebieg wymiany gazowej, jaka odbywa się w tych narządach. Celem wymiany jest, jak wiadomo, pobranie tlenu i usunięcie z organizmu dwutlenku węgla. Bezpośrednia wymiana przez powłokę ciała lub też przez błonę komórkową, jak to ma miejsce u pierwotniaków, odgrywa ważną rolę w procesie oddychania nawet u organizmów o skomplikowanej budowie (np. u ryb lub płazów, nie mówiąc już o gąbkach, jamochłonach czy pierścienicach). W ten sposób zaopatrują się w tlen gady wodne. Dopiero u gadów lądowych, ptaków i ssaków rola skóry jako narządu wymiany gazowej ulega daleko idącym ograniczeniom. Wiąże się to z jej coraz bardziej złożoną budową, a także z rozwojem takich wytworów naskórka, jak pióra czy włosy, a właszcza łuski, które znacznie utrudniają dostęp powietrza do powierzchni skóry. Tak więc u ssaków poprzez skórę dociera do organizmów zaledwie około 1% tlenu. Jest jeszcze jeden czynnik, który decyduje w sposób istotny o możliwościach transpiracyjnych skóry wobec tlenu, mianowicie wilgotność powłoki ciała. Wymiana gazowa może odbywać się jedynie w środowisku wodnym, a raczej za pośrednictwem wody. Doskonałym przykładem są tu węże: u form lądowych udział skóry, pozbawionej produkujących wilgotną wydzielinę gruczołów, w wymianie gazowej jest minimalny. Natomiast węże wodne oddychają przede wszystkim przez skórę. Często więc owa wymiana skórna nie wystarcza. A wówczas w procesie ewolucji wytwarzają się najwłaściwsze dla danego gatunku narządy, które swą odpowiednio rozbudowaną powierzchnią zapewniaj organizmowi dostateczne zaopatrzenie w tlen lub wydalenie CO2. Wszędzie musi być zachowany podstawowy warunek — odpowiednia wilgotność lub (u zwierząt wodnych) właściwe otoczenie wodne. Ale nie chodzi tu jedynie o jeden aspekt oddychania — wymianę gazową z otaczającym środowiskiem. Trzeba przecież, aby zdobyty w tej drodze tlen dotarł do tkanek, a jednocześnie, aby odprowadzić z nich dwutlenek węgla. Ta faza wymiany gazowej odbywa się w drodze dyfuzji a transport gazów, jak już mówiliśmy, wymaga specjalnych narządów (jak np. układu tchawek owadów) lub też udziału układu naczyniowego jako czynnika pośredniczącego. Układ naczyniowy pozostaje więc między innymi na usługach procesu wymiany gazowej, a krążące w tymi układzie ciecze są bezpośrednim transporterem gazów oddechowych. Zatrzymajmy się chwilę nad tym zagadnieniem. Wśród poznanych przez nas gatunków, należących do różnych gromad zoologicznych, większość miała lepiej lub gorzej wykształcony układ naczyniowy. Obserwowaliśmy go u pierścienic, stawonogów, w najbardziej zaś doskonałej postaci u strunowców. Ciecze wypełniające naczynia nie są jednakowe. U jamochłonów na przykład będzie to tak zwana hydro-limfa, u mięczaków i stawonogów — hemolimfa, natomiast u kręgowców — krew. Mimo znacznych różnic w składzie tych płynów tkankowych rola ich jest zawsze bardzo podobna: wiązanie tlenu atmosferycznego, dostarczanie go do komórek oraz wiązanie i wydalanie CO2. Rolę transportera może pełnić część płynna cieczy naczyniowej, a więc np. osocze krwi, albo też komórki znajdujące się w tej cieczy, czyli ciałka, a w przypadku krwi — krwinki. We wspomnianych cieczach układ naczyniowego, zwłaszcza w hemolimfie i we krwi znajdują się swoiste barwniki, zwane chromoproteidami. W ich skład wchodzą metale (żelazo, miedź) oraz ciała białkowe o różnych właściwościach chemicznych. Do chromoproteidów związanych z żelazem należy przed wszystkim hemoglobina, poza tym erytrokruoryna, chlorokruoryna or hemerytryna. Hemoglobina znajduje się głównie we krwi kręgowców, ale znajdowano ją także w ciele wielu bezkręgowców — wieloszczetów, szkarłupni, mięczaków, przy tym zawsze jest ona składnikiem komórek krwi, czyli krwinek czerwonych. Natomiast erytrokruoryna i chlorokruoryna znajdują się jedynie we krwi bezkręgowców. Chiomoproteidem o zawartości miedzi jest hemocyjanina. Występuje ona w osoczu krwi niektórych mięczaków i skorupiaków. Wiąże znacznie mniej tlenu niż hemoglobina. Ten niebieskawy barwnik nie wiąże się z krwinkami, ale znajduje się w osoczu w stanie rozpuszczonym. Funkcje barwników krwi są niekiedy obok transportu tlenu poszerzonego o okresowe magazynowanie w niektórych tkankach (np. w mięśniach). Należy tu jednak zaznaczyć, że ciężar cząsteczkowy barwników zawartych w krwinkach jest znacznie niższy niż ciężar tych samych barwników rozpuszczonych we krwi lub w tkankach. W ewolucji świata zwierzęcego z chwilą wytworzenia się barwników tleno-nośnych w cieczach krążących w naczyniach szczególnego znaczenia nabrało utrzymanie ich wewnątrz układu naczyniowego. Temu właśnie celowi służy zamknięcie chromoproteidów w krwinkach lub też we krwi bardziej prymitywnej zwiększenie ich drobin do olbrzymich nieraz rozmiarów. Wraz ze zwiększeniem przemiany materii zwiększa się, jak to trzeba podkreślić, również zapotrzebowanie na barwniki krwi przenoszące gazy oddechowe. Wzrost ten obserwujemy zwłaszcza u organizmów stałocieplnych, u których powiększa się np. liczba ciałek krwi zawierających hemoglobinę. Czerwone krwinki wyższych stałocieplnych kręgowców (ptaki, ssaki) stanowią 35—54% objętości krwi, podczas gdy u zmiennocieplnych (ryby, płazy, gady) — tylko 15—40% tej objętości. Osobne zagadnienie stanowi oddychanie komórek i tkanek, ale tym sprawom poświęcony jest Ii rozdział pierwszej części książki („Najmniejsze cząstki wielkich organizmów") i tam znajdzie Czytelnik wyjaśnienie owych niezwykle złożonych procesów.