Canlılar yaşamlarını sürdürmek için enerji elde etmek zorundadır. Bu enerjiyi organik monomerlerden sağlarlar.
Organik monomerlerin hücrelerde oksijenli veya oksijensiz ortamda parçalanması ile yapılarındaki enerji açığa çıkarılır. Açığa çıkan enerjinin büyük bir kısmı ısı olarak çevreye yayılırken geriye kalanı ATP sentezinde kullanılır ( hücre solunumu ).
Bazı tek hücreli canlılar oksijensiz olarak organik monomerleri yıkarken, diğer canlılar oksijene ihtiyaç duyar. Organik besin monomerleri okside olduğunda CO2 ve H2O oluşur. Sonuç olarak canlıların hücresel solunumlarını yapabilmeleri için devamlı O2 almaları ve açığa CO2 yi atmaları gerekir.
Bir hayvanda çevre ile gaz alışverişi yapan bölüm solunum yüzeyi olarak adlandırılır. Hayvanlar solunum yüzeylerinden gaz değişimini difüzyonla sağlarlar. ( aktif taşıma kullanılmaz )
Tek hücreli canlılar dış ortamla doğrudan doğruya temas halinde olduklarından O2 alma ve CO2 verme kolaylıkla sağlanır. Suda yaşayan bazı ilkel hayvanlarda ( denizanası, hidra, planaria ) vücudun iç hücreleri bile su ortamından uzakta olmadığı için O2 hücrelere rahatça ulaşır yani özel bir solunum sistemine ihtiyaçları yoktur. Bazı hayvanlarda O2 deri yolu ile kılcal damarlara girer. Toprak solucanlarında ve kış uykusundaki kurbağalarda gaz alış verişi bu şekilde olur.
Çok hücrelilerde vücut büyüklüğü arttıkça vücudun iç tarafındaki hücrelerin solunumu güçleşir. Oksijeni vücudun her hücresine götürecek ve karbondioksidi hücrelerden uzaklaştıracak özel solunum sistemine ihtiyaç vardır.
Nemli derilerini tek solunum organı olarak kullanan hayvanlar genellikle yüzey alanının hacme oranını artırmak için küçük, şekil olarak ta uzun, ince ve yassıdırlar.
Diğer çoğu hayvan için genel vücut yüzeyi tüm vücut için yetecek gazı alabilecek yeterlilikte değildir. Bu durumda çözüm, gaz alış verişini yeterince sağlayabilecek şekilde, yoğun katlanma ve dallanmalarla yüzeyi artırılmış bir solunum organının varlığıdır.
Solungaçlar, trakeler ve akciğerler en sık rastlanılan solunum organı tipleridir.
Solungaçlar, vücut dış yüzeyinin suya doğru yapmış olduğu kıvrımlardır. Denizyıldızları gibi bazı omurgasızlarda solungaçların şekli basit olup, vücudun büyük bölümüne dağılmış vaziyettedir.
Halkalı solucanların çoğunda, vücudun her bölmesinden çıkan kanatçıklar şeklinde ya da baş veya kuyruk bölgesinden çıkan tüysü demetler halinde solungaçlar bulunur.
Midye, kerevit ve daha birçok hayvanda ise solungaçlar vücudun belli bir bölgesine yerleşmiş vaziyettedir. Solungaçların toplam yüzey alanı vücudun yüzey alanından fazladır.
Bir solunum ortamı olarak suyun hem olumlu hem de olumsuz yönleri mevcuttur. Örneğin devamlı su içerisinde bulunan canlıların solunum yüzeylerini nemli tutma sorunları yoktur. Ancak sudaki O2 oranı havaya oranla daha az olup, tuz oranı ve sıcaklığın artması da suyun çözünmüş oksijen tutma yeteneğini azaltmaktadır. ( 1 litre suda 4-8 ml oksijen bulunurken havada bu oran yaklaşık 210 ml kadardır )
Bu durumda solungaçların canlıya yeterli oksijeni alabilmeleri için çok etkin olmaları gerekmektedir. Bu etkinliğe yardımcı sürçlerden biri solunum organları etrafındaki suyun sürekli yenilenmesi şeklinde ifade edilebilecek olan havalandırma etkisi, diğeri ise ters akım mekanizması dır.
Bir balık solungacındaki kılcal damarların yerleşim düzeni gaz değişimini artırarak, havalandırmanın enerji giderini azaltmaktadır. Kan akımı solungaçların üzerinden geçen suyun ters yönündedir. Bu da oksijenin kana ters akım alış verişi adı verilen çok etkin bir süreçle geçmesine imkân sağlamaktadır.
Kan, solungaç kılcallarında ilerlerken giderek oksijenle yüklenmekte, aynı zamanda solungaçların üzerinden yeni geçmeye başlamış oksijence daha da zengin suyla da karşılaşmaktadır. Bu durum, tüm kılcal boyunca oksijenin sudan kana geçişini sağlayan bir yoğunluk farkının korunacağı anlamına gelir. Ters akım mekanizması sayesinde balıklar suda çözünmüş oksijenden % 80 oranında faydalanabilirler.
Solungaçlar, genellikle karada yaşayan bir hayvan için uygun değildir. Havayla temasta olan geniş ve nemli bir yüzeyin buharlaşma yoluyla çok su kaybetmesi, suyun kaldırma gücü olmayınca da solungaçların ince ipliklerinin birbirine yapışacak olması çok önemli sorunlara yol açar.
Çoğu karasal hayvanın solunum yüzeyleri vücudun içinde olup, dar borucuklarla atmosfere bağlanmış vaziyettedir.
Tüm vücuda dağılmış hava borucukları ile böceklerdeki trake sistemi içeriye gömülmüş solunum yüzeyi çeşitlerinden biridir.
Trake adı verilen en geniş borular stigma denen açıklıklardan dışarı açılmaktadır. Trake sisteminin hemen hemen her hücreye ulaşan en ince dallarının uç bölümlerini döşeyen nemli epitel aracılığıyla gaz alış verişi sağlanmaktadır. Bu durumda dolaşım sisteminin solunum gazlarını taşıma işlevi yoktur. Dolayısıyla bu canlıların kanlarında solunum pigmentleri bulunmaz.
Trake difüzyonu yoluyla, küçük bir böcekte hücresel solunum için yeterli seviyede oksijen alınıp karbondioksit atılması gerçekleştirilmektedir. Ancak iri vücutlu böceklerde trake sisteminde hava dolaşımının daha verimli hale getirilmesi düzenli vücut hareketleriyle trake sisteminin bir körük gibi açılıp kapatılması yoluyla sağlanmıştır.
Eklem bacaklılardan örümceklerde ve akreplerde trakeler kitap sayfaları gibi yan yana dizilmiştir. Bu nedenle kitapsı akciğer adını alır. Bu yapılar derinin hemen altında bulunur ve birbirine paralel dizilmiş epitel dokudan meydana gelir. Kitapsı akciğer de trake sisteminde olduğu gibi stigma adı verilen solumun deliği ile dışarı açılır
Bir akciğerin solunum yüzeyi vücudun diğer kısımları ile temasta olmadığından bu açığı akciğerlerle vücut hücreleri arasında gaz taşınmasını üstlenecek bir dolaşım sisteminin kapatması gerekmektedir. Akciğerlerde solunum yüzeyini oluşturan epitelin hemen altında yoğun bir kılcal damar ağı bulunmaktadır. Akciğerler, örümceklerde kara salyangozlarında ve omurgalılarda bulunmaktadır.
Omurgalılardan iki yaşamlılarda geniş yüzey sağlayamayan oldukça büyük akciğerler bulunmadığından gaz alış verişinin deri ile de desteklenmesi gerekmektedir.
Kurbağalarda yaşam boyunca 3 tip solunum organı gözlenir. Bu canlılar larva dönemlerinde solungaç solunumu yaparken ergin halde akciğer solunumuna ilave olarak deri solunumu yapmaktadırlar.
Sürüngen, kuş ve memeliler ise gaz alış verişi için tümüyle akciğerlere bağımlıdırlar. Ancak su kaplumbağaları ağız ve anüs bölgelerindeki nemli deri yüzeyleri ile yaptıkları gaz değişimi sayesinde akciğerlere destek olmaktadır.
Kuşlarda havalandırma, memelilerin sisteminden çok daha karmaşıktır. Kuşlarda akciğerlerin yanı sıra karın, boyun ve kanatlarda bulunan hava keseleri de mevcuttur. Ancak bu hava keseleri gaz değişiminde doğrudan görev yapmaz. Bu keseler hem hava akışını yönlendirir, hem de uçmayı kolaylaştıran bir adaptasyon olarak göze çarpar.
Kuşların solunum sistemleri memelilerin yaşayamayacağı kadar yüksek kesimlerde canlının gaz değişimini sağlayabilecek özelliktedir.
Kuşlarda akciğerlerin sahip olduğu hava borucukları ( parabronş ) ile bunların çevresinde uzanan kılcallardaki kan akışı ile hava akışının ters yönlü olması kuşların gaz değişim verimini artırmaktadır. Kuşlarda soluk alma ve soluk verme sırasında akciğerlerden geçen havanın akış yönü aynıdır. Akciğerler soluk alma ve soluk verme esnasında daima temiz havayla karşılaşır.
Memelilerde, soluk ile alınan temiz havadan O2 tutma oranı % 20 – 25 iken, kuşlarda bu oran % 80 – 90ʼa ulaşabilir. Bir serçe ile bir fare deneysel olarak, 6000 m yüksekliğe aynı anda bırakılmış, fare ayakta duramayıp zoraki sürünürken, serçenin aktif bir şekilde uçabildiği gözlemlenmiştir. Kuşlarda kaslı diyafram yoktur. Bağ dokudan yapılmış ince bir zar şeklinde diyaframları vardır.
Memelilerin akciğerlerinde diğer omurgalılardan farklı olarak alveoller yer alır. Alveoller sayesinde solunum yüzeyi çok genişlemiştir. Alveol çeperleri ince ve nemli olup kılcal damarlarla çevrilmiştir. Ayrıca yalnız memelilerde bulunan kaslı diyafram, karın ve göğüs boşluğunu birbirinden ayırır.
Genel özellikleri verilen deri, solungaç, trake ve akciğer solunumu karşılaştırıldığında bazı özelliklerin tüm canlılarda ortak olduğu görülür. Buna göre tüm solunum organlarının solunum yüzeyleri ince ve daima nemlidir. Kısa sürede daha fazla gaz alış verişi yapabilmek için solunum yüzeyleri genişlemiştir. Gaz değişimi difüzyonla gerçekleşir. Trakeler hariç diğer solunum organları kılcal kan damarı bakımından zengindir.