am Puls Biologie 5, Schulbuch

102 4.4 Atmungssysteme im Tierreich Aufgabe W/E 1 Atemfrequenz : Die Atemfrequenz ei- nes Menschen (Zahl der Atemzüge pro Minu- te) kann stark variieren, je nachdem, wie viel Sauerstoff der Körper benötigt. Ermittle deine Ruhe-Atemfrequenz. Zähle dazu die Atemzü- ge in einer Minute (bzw. in einer halben Mi- nute, und verdopple den Wert). Mach nun 2 × 20 Strecksprünge und bestimme danach die Atemfrequenz. Erkläre das Phänomen möglichst genau, vergleiche dein Ergebnis mit Werten, die du aus dem Internet re- cherchierst. Vom „Luftholen“ zum „Verbrennen“ der Nahrung Der Begriff Atmung ist dir natürlich bekannt: Dein ganzes Leben atmest du, mal ruhig (wahr- scheinlich jetzt, wenn du diese Zeilen liest), mal sehr heftig (etwa nach einem intensiven Fußball- spiel). Dieses Atmen oder Luftholen ist ein Teil der äußeren Atmung : Darunter versteht man die Zufuhr von Sauerstoff in den Körper und die gleichzeitige Abgabe von CO 2 aus dem Körper. Im Fall des Menschen erfolgt das mittels Lungen, während Fische mit Kiemen atmen, Insekten mit Tracheen. In diesem Kapitel werden diese Organ- systeme und ihre Funktion sowie die Mechanis- men der äußeren Atmung beschrieben. Der äußeren Atmung steht der Stoffwechselpro- zess im Zellinneren gegenüber, der als innere Atmung oder Zellatmung bezeichnet wird. Damit meint man das so genannte „Verbrennen“ von Nährstoffen zur Energiebereitstellung, für die der Sauerstoff verwendet wird, der durch die äußere Atmung in den Körper aufgenommen wird. (Der Begriff „Verbrennen“ ist eigentlich falsch, da die Nährstoffe nicht verbrannt werden, sondern in vielen komplizierten Reaktionsschritten verarbei- tet werden. Diese Vorgänge sind in Abschnitt 2.3 erklärt.) Vielzellige Lebewesen haben – im Unterschied zu Einzellern – das Problem, dass nicht alle Bereiche des Körpers an die Außenwelt angrenzen. Folg- lich können die Zellen im Körperinneren keinen Sauerstoff direkt aus der Umgebung aufnehmen. Entsprechend haben sich diverse Systeme ent- wickelt, um effiziente äußere Atmung zu ermög- lichen. Die äußere Atmung ist die O 2 -Aufnahme und CO 2 -Abgabe. Die innere Atmung ist die Verarbeitung der Nährstoffe unter O 2 -Verbrauch Können wir unter Wasser atmen? Sicher hast du beim Schwimmen schon einmal Wasser in deine Luftröhre bekommen. Unser Kör- per reagiert darauf sehr heftig: Wir husten und spucken, bis das Atmungssystem sich vom Was- ser befreit hat. Dennoch gibt es Tiere, die unter Wasser atmen, zB Fische. Daraus lässt sich fol- gern, dass auch Wasser freien Sauerstoff enthält, und ein geeignetes Atmungssystem diesen aus dem Wasser aufnehmen kann. Warum können wir dann nicht im und Fische nicht über Wasser atmen? Die Antwort auf diese Frage liegt in den sehr un- terschiedlichen Eigenschaften der Atemmedien Wasser und Luft. Zunächst enthält Luft viel mehr Sauerstoff (O 2 ) als Wasser: Unsere Luft besteht zu etwa 21 Pro- zent aus Sauerstoff, während sich in Wasser nur sehr wenig Sauerstoff löst: Der maximale Anteil beträgt je nach Temperatur nur einige Milli­ gramm Sauerstoff pro Liter Wasser. Zweitens ist Wasser viel schwerer als Luft: Die Dichte von Luft beträgt etwa 1,3g/l, während die von Wasser 1 000g/l ausmacht. Zuletzt ist die Diffusionsgeschwindigkeit in der Luft ungefähr tausendmal höher als im Wasser, was mit der geringeren Dichte und damit viel freieren Beweglichkeit der Moleküle zu tun hat. Aufgrund dieser sehr unterschiedlichen Eigen- schaften sind Wasseratmungsorgane (im We- sentlichen Kiemen) ganz anders gebaut als Luftatmungsorgane (also etwa Lungen). Die leichte Luft kann ohne viel Kraftaufwand in die Lunge hineinströmen und sofort wieder ausge- stoßen werden. Wasser wäre dazu viel zu schwer, daher funktioniert Kiemenatmung ganz anders: Fische atmen kein Wasser ein und wieder aus, sondern lassen es in einer Richtung an den Kie- men vorbeiströmen ( k Abb. 8). Abb. 8: Kiemen eines Fisches. Die Kiemen eines Knochenfisches liegen unter einem Kiemendeckel geschützt und sind normalerweise von außen nicht sichtbar. Durch Abheben des Kiemendeckels werden die zarten Kiemen sichtbar. Im Wasser ist viel weniger O 2 als in Luft, die Diffusions- rate ist viel geringer und die Dichte viel höher Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv