biologi for Majors II

Figur 1. Cellen i den encellede alge Ventricaria ventricosa er en af de største kendte og når en til fem centimeter i diameter. Som alle enkeltcellede organismer udveksler V. ventricosa gasser over cellemembranen.

alle aerobe organismer kræver ilt for at udføre deres metaboliske funktioner. Langs det evolutionære træ har forskellige organismer udtænkt forskellige midler til at opnå ilt fra den omgivende atmosfære. Miljøet, hvor dyret lever, bestemmer i høj grad, hvordan et dyr respirerer. Kompleksiteten af åndedrætssystemet er korreleret med organismens størrelse. Når dyrestørrelsen stiger, øges diffusionsafstandene, og forholdet mellem overfladeareal og volumen falder. I encellede organismer er diffusion over cellemembranen tilstrækkelig til at levere ilt til cellen (Figur 1).

Diffusion er en langsom, passiv transportproces. For at diffusion skal være et muligt middel til at give ilt til cellen, skal iltoptagelseshastigheden svare til diffusionshastigheden over membranen. Med andre ord, hvis cellen var meget stor eller tyk, ville diffusion ikke være i stand til at give ilt hurtigt nok til indersiden af cellen. Derfor er afhængighed af diffusion som et middel til at opnå ilt og fjerne kulsyre kun mulig for små organismer eller dem med stærkt fladede kroppe, suger så mange fladorm (Platyhelminthes). Større organismer måtte udvikle specialiserede åndedrætsvæv, såsom gæller, lunger og åndedrætspassager ledsaget af et komplekst kredsløbssystem, for at transportere ilt gennem hele kroppen.

direkte Diffusion

figur 2. Denne fladorms respirationsproces virker ved diffusion over den ydre membran. (kredit: Stephen Childs)

for små multicellulære organismer er diffusion over den ydre membran tilstrækkelig til at imødekomme deres iltbehov. Gasudveksling ved direkte diffusion på tværs af overflademembraner er effektiv for organismer, der er mindre end 1 mm i diameter. I enkle organismer, såsom cnidarians og fladorm, er hver celle i kroppen tæt på det ydre miljø. Deres celler holdes fugtige, og gasser diffunderer hurtigt via direkte diffusion. Fladorm er små, bogstaveligt talt flade orme, som” trækker vejret ” gennem diffusion over den ydre membran (figur 2). Den flade form af disse organismer øger overfladearealet til diffusion, hvilket sikrer, at hver celle i kroppen er tæt på den ydre membranoverflade og har adgang til ilt. Hvis fladormen havde en cylindrisk krop, ville cellerne i midten ikke kunne få ilt.

hud og gæller

regnorme og padder bruger deres hud (integument) som åndedrætsorgan. Et tæt netværk af kapillærer ligger lige under huden og letter gasudveksling mellem det ydre miljø og kredsløbssystemet. Åndedrætsoverfladen skal holdes fugtig for at gasserne kan opløses og diffundere over cellemembraner.

figur 3. Denne almindelige karpe har ligesom mange andre vandorganismer gæller, der gør det muligt at få ilt fra vand. (kredit: “Guitardude012” /Commons)

organismer, der lever i vand, har brug for at få ilt fra vandet. Ilt opløses i vand, men i en lavere koncentration end i atmosfæren. Atmosfæren har omkring 21 procent ilt. I vand er iltkoncentrationen meget mindre end det. Fisk og mange andre vandorganismer har udviklet gæller til at optage det opløste ilt fra vand (figur 3). Gæller er tynde vævsfilamenter, der er stærkt forgrenede og foldede. Når vand passerer over gællerne, diffunderer det opløste ilt i vand hurtigt over gællerne ind i blodbanen. Kredsløbssystemet kan derefter føre det iltede blod til de andre dele af kroppen. Hos dyr, der indeholder coelomisk væske i stedet for blod, diffunderer ilt over gilloverfladerne ind i den coelomiske væske. Gæller findes i bløddyr, annelider og krebsdyr.

de foldede overflader af gællerne giver et stort overfladeareal for at sikre, at fisken får tilstrækkelig ilt. Diffusion er en proces, hvor materiale bevæger sig fra regioner med høj koncentration til lav koncentration, indtil ligevægt er nået. I dette tilfælde cirkulerer blod med en lav koncentration af iltmolekyler gennem gællerne. Koncentrationen af iltmolekyler i vand er højere end koncentrationen af iltmolekyler i gæller. Som et resultat diffunderer iltmolekyler fra vand (høj koncentration) til blod (lav koncentration), som vist i figur 4. På samme måde diffunderer kulstofmolekyler i blodet fra blodet (høj koncentration) til vand (lav koncentration).

figur 4. Når vand strømmer over gællerne, overføres ilt til blod via venerne. (kredit “fisk”: ændring af arbejde af Duane Raver, NOAA)

Trakealsystemer

figur 5. Insekter udfører åndedræt via et trakealsystem.

Insektånding er uafhængig af dets kredsløbssystem, og derfor spiller blodet ikke en direkte rolle i ilttransport. Insekter har en højt specialiseret type åndedrætssystem kaldet trakealsystemet, som består af et netværk af små rør, der bærer ilt til hele kroppen. Trakealsystemet er det mest direkte og effektive åndedrætssystem hos aktive dyr. Rørene i trakealsystemet er lavet af et polymert materiale kaldet chitin.

Insektlegemer har åbninger, kaldet spirakler, langs brystkassen og maven. Disse åbninger forbinder til det rørformede netværk, så ilt kan passere ind i kroppen (Figur54) og regulerer diffusionen af CO2 og vanddamp. Luft kommer ind og forlader trakealsystemet gennem spiraklerne. Nogle insekter kan ventilere trakealsystemet med kropsbevægelser.

bidrage!

forbedre denne sidelær mere