Aufgaben 116 4.4 Atmungssysteme im Tierreich 1 W/E Die Atemfrequenz eines Menschen (Zahl der Atemzüge pro Minute) kann stark variieren, je nachdem, wieviel Sauerstoff der Körper benötigt. Ermittle deine Ruhe-Atemfrequenz. Zähle dazu die Atemzüge in einer Minute (bzw. in einer halben Minute, 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 recherchierst. Vom Luftholen zum Verarbeiten der Nahrung Der Begriff Atmung ist dir natürlich bekannt: Dein ganzes Leben atmest du, mal ruhig (wahrscheinlich jetzt, wenn du diese Zeilen liest), mal sehr heftig (etwa nach einem intensiven Fußballspiel). 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 CO2 aus dem Körper. Im Fall des Menschen erfolgt das mittels Lungen, während Fische mit Kiemen und Insekten mit Tracheen atmen. In diesem Kapitel werden diese Organsysteme und ihre Funktion sowie die Mechanismen der äußeren Atmung beschrieben. Der äußeren Atmung steht der Stoffwechselprozess im Zellinneren gegenüber, der als innere Atmung oder Zellatmung bezeichnet wird. Damit meint man die Oxidation (chemische Reaktion mit Sauerstoff) von Nährstoffen zur Energiebereitstellung, für die der Sauerstoff verwendet wird, der durch die äußere Atmung in den Körper aufgenommen wird. (Der vielfach in diesem Zusammenhang verwendete Begriff „Verbrennen“ ist eigentlich falsch, da die Nährstoffe nicht verbrannt werden, sondern in vielen komplizierten Reaktionsschritten verarbeitet werden. Diese Vorgänge sind ab Seite 56 erklärt.) Vielzellige Lebewesen haben – im Unterschied zu Einzellern – das Problem, dass nicht alle Bereiche des Körpers an die Außenwelt angrenzen. Folglich können die Zellen im Körperinneren keinen Sauerstoff direkt aus der Umgebung aufnehmen. Entsprechend haben sich diverse Systeme entwickelt, um effiziente äußere Atmung zu ermöglichen. Die äußere Atmung ist die O2-Aufnahme und CO2-Abgabe. Die innere Atmung ist die Verarbeitung der Nährstoffe unter O2-Verbrauch Können wir unter Wasser atmen? Sicher hast du beim Schwimmen schon einmal Wasser in deine Luftröhre bekommen. Unser Körper reagiert darauf sehr heftig: Wir husten und spucken, bis das Atmungssystem sich vom Wasser befreit hat. Dennoch gibt es Tiere, die unter Wasser atmen, zB Fische. Daraus lässt sich folgern, 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 unterschiedlichen Eigenschaften der Atemmedien Wasser und Luft. Zunächst enthält Luft viel mehr Sauerstoff (O2) als Wasser. Unsere Luft besteht zu etwa 21 Prozent aus Sauerstoff, während sich in Wasser nur sehr wenig Sauerstoff löst: Der maximale Anteil beträgt je nach Temperatur nur einige Milligramm 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 Eigenschaften sind Wasseratmungsorgane (im Wesentlichen Kiemen) ganz anders gebaut als Luftatmungsorgane (also etwa Lungen). In die Lunge kann die leichte Luft ohne viel Kraftaufwand hineinströmen und sofort wieder ausgestoßen 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 Kiemen vorbeiströmen (kAbb. 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 O2 als in der Luft, die Diffusionsrate ist viel geringer und die Dichte viel höher Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
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