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Bien que les hippocampes aient un aspect très différent des autres types de poisson, ils ne sont qu'un genre de poisson osseux avec une posture de natation verticale. Les hippocampes appartiennent à la même classe, Actinopterygii, que le saumon, le thon et d'autres espèces familières. Comme ces poissons, les hippocampes absorbent l'oxygène de l'eau à l'aide de délicates membranes épidermiques appelées branchies.
L'opercule
Une structure osseuse appelée opercule recouvre les branchies de la plupart des espèces de poissons, en laissant des ouvertures en forme de croissant sur les côtés de la tête. Dans l'hippocampe, cette structure est réduite à une ouverture étroite située à l'arrière de la tête. Les ichtyologistes ne comprennent pas parfaitement le but de cette modification évolutive, mais pensent qu'elle est liée au museau allongé caractéristique des poissons.
Branchies touffetées
Les branchies d'hippocampe ont également une structure interne distinctive. La structure branchiale commune aux poissons osseux comprend quatre arcs branchiaux disposés de manière ordonnée le long de filaments cartilagineux. Les branchies des hippocampes apparaissent selon un motif touffeté apparemment aléatoire, probablement en tant qu’adaptation à la structure de la tête modifiée et à une ouverture operculaire réduite.
Les lamelles
Une petite tige surmontée d'une sphère de tissu compose chaque touffe des branchies des hippocampes. Ces touffes sont les lamelles, un type d'épithélium spécialisé. Un réseau dense de vaisseaux sanguins traverse les lamelles, permettant à l'oxygène et au dioxyde de carbone de se diffuser à travers les membranes minces situées entre le flux sanguin des hippocampes et l'eau environnante. Cela permet à l'hippocampe de prendre de l'oxygène et de se débarrasser du dioxyde de carbone.
Direction du flux sanguin
Au sein des lamelles, le sang traverse le réseau capillaire en face du flux naturel d'eau de la bouche à l'opercule. Connu sous le nom d'écoulement à contre-courant, cet arrangement augmente le potentiel d'échange de gaz, permettant à l'hippocampe d'extraire la plus grande quantité possible d'oxygène de l'eau.
Respiration de l'hippocampe
La respiration des hippocampes se fait par diffusion passive. La diffusion passive se produit lorsque des substances traversent une membrane à partir de régions à faible concentration vers des régions à forte concentration. Lorsqu'il y a plus d'oxygène dans l'eau environnante que dans le sang des hippocampes, les molécules d'oxygène passent naturellement de l'eau dans la circulation sanguine des hippocampes. De même, le dioxyde de carbone diffuse du sang dans l’eau environnante. Ce mécanisme permet à l'hippocampe d'extraire l'oxygène de son environnement et d'éliminer les gaz résiduaires.