112 4.2 Exkretion im Tierreich Exkretion: Ausscheidung von Abfallprodukten des Stoffwechsels Exkretstoffe Warum entstehen überhaupt giftige Abfallstoffe? Das Verdauungssystem nimmt nur Verwertbares aus der Nahrung auf. Wie kann es sein, dass daraus etwas Schädliches entsteht? Kohlenhydrate und Fette (die nur aus den Elementen Kohlenstoff, Wasserstoff und Sauerstoff bestehen) können vollständig zu Wasser und CO2 abgebaut werden – hier entsteht kein Gift. CO2 wird ausgeatmet, und Wasser ist Hauptbestandteil der Zellen. Der Proteinstoffwechsel ist problematischer: Proteine bestehen aus verschiedenen Aminosäuren, die allesamt Stickstoff enthalten. Beim Um- und Abbau von Aminosäuren (und im geringen Ausmaß auch anderer N-haltiger Substanzen) bleibt ein Teil des Stickstoffs übrig – in Form von Ammoniak (NH3). Ammoniak wird in wässriger Lösung zum Ammonium-Ion (NH4 +), einem starkem Zellgift, das schnell aus dem Körper entfernt werden muss. Die meisten Wassertiere sondern das wasserlösliche Ammonium direkt durch Haut und Kiemen ab (kAbb. 4). Landtiere können dies nicht, sie müssen mit Wasser sparsam umgehen. Sie beseitigen dieses Gift durch Bildung von Harnstoff oder Harnsäure. Harnstoff ist viel harmloser als Ammonium, muss aber dennoch laufend mit Wasser abgegeben werden (durch den Harn). Harnsäure ist weniger problematisch und wird zB vom Vogelembryo in großer Menge im Ei abgelagert. Auch der weiße Brei rund um den Vogelkot besteht v. a. aus Harnsäure. Ammoniak ist ein giftiges Abfallprodukt und kann als Ammonium, Harnstoff oder Harnsäure ausgeschieden werden Abb. 4: Exkrete im Tierreich. Der aus dem Aminosäurestoffwechsel stammende Ammoniak ist ein starkes Zellgift. Exkretion hat die Aufgabe, diesen Stoff direkt (als Ammonium) auszuscheiden oder in andere Stoffe umzuwandeln, die dann ausgeschieden werden. Umwandlung in Harnstoff Umwandlung in Harnsäure Abbauprozesse Ammoniak (NH3) als Nebenprodukt Ammonium-Ion Exkretion Exkretion Exkretion Knochenfische Säuger, Amphibien Reptilien, Insekten, Vögel Aminosäuren, Nukleotide Die Entsorgung von Abfallstoffen des Stoffwechsels aus dem Körper nennt man Exkretion. Dieser Vorgang geschieht in drei Schritten, die durch den folgenden Vergleich verdeutlicht werden: Stell dir vor, in deinem Zimmer herrscht völliges Chaos. Zunächst gibst du alle frei herumliegenden Gegenstände in einen großen Karton – das entspricht der Filtration. In einem zweiten Schritt prüfst du die Gegenstände im Karton erneut und holst alles wieder heraus, was du doch behalten möchtest – das entspricht der Reabsorption1. Im letzten Schritt leerst du den verbleibenden Inhalt des Kartons in den Müllcontainer – das ist die Ausscheidung der Abfallstoffe. Alle drei Vorgänge zusammen entsprechen der Exkretion im Körper von Tieren. Doch warum ist Exkretion überhaupt nötig? So wie in unseren Zimmern in Zeiten intensiver Arbeit oft ein Durcheinander entsteht, geschieht dies auch in Zellen: Im Zuge des Stoffwechsels sammeln sich diverse Stoffe in den Körperflüssigkeiten an. Manche davon (zB Ammoniak) sind schädlich und müssen aus dem Körper entfernt werden, bevor sie Schaden anrichten. Andere wiederum (zB Zucker) sind zu wertvoll, um sie auszuscheiden. Diese Stoffe dürfen nicht verloren gehen und müssen daher zurückgeholt werden. Die Exkretion darf nicht mit der Exkrementation verwechselt werden: Exkremente sind die unverdaulichen Reste der Nahrung, die den Darm als Kot verlassen. Exkrete dagegen sind Stoffe, die im Körper beim Stoffwechsel als Abfall entstehen und entsorgt werden müssen. Daher gibt es zwei getrennte Systeme, wir scheiden Kot (als Exkrement) und Harn (als Exkret) aus. 1 Reabsorption: Vorgang, bei dem ein zuvor ausgeschiedener Stoff im Körper durch Zellen bzw. Gewebe erneut aufgenommen (also resorbiert) wird; Es handelt sich also um eine Wieder-Resorption. Beim Stoffwechsel entstehen Abfallstoffe, die aus dem Körper entfernt werden müssen Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
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