biologia Majoreille II

kuva 1. Yksisoluisen ventricaria ventricosan solu on yksi suurimmista tunnetuista, ja se saavuttaa halkaisijaltaan yhdestä viiteen senttimetriä. Kuten kaikki yksisoluiset eliöt, V. ventricosa vaihtaa kaasuja solukalvon poikki.

kaikki aerobiset eliöt tarvitsevat happea suorittaakseen aineenvaihdunnalliset tehtävänsä. Evoluutiopuun varrella eri eliöt ovat keksineet erilaisia keinoja saada happea ympäröivästä ilmakehästä. Ympäristö, jossa eläin elää, määrää suuresti, miten eläin hengähtää. Hengityselinten monimutkaisuus korreloi organismin koon kanssa. Eläinten koon kasvaessa diffuusioetäisyydet kasvavat ja pinta-alan suhde tilavuuteen laskee. Yksisoluisilla eliöillä riittää solukalvon läpi tapahtuva diffuusio hapen syöttämiseksi soluun (Kuva 1).

diffuusio on hidas, passiivinen kuljetusprosessi. Jotta diffuusio olisi mahdollinen tapa tarjota solulle happea, hapenottokyvyn on vastattava kalvon läpi tapahtuvan diffuusion nopeutta. Toisin sanoen, jos solu olisi hyvin suuri tai paksu, diffuusio ei pystyisi toimittamaan happea tarpeeksi nopeasti solun sisälle. Siksi riippuvuus diffuusiosta hapen saamiseksi ja hiilidioksidin poistamiseksi on mahdollista vain pienille organismeille tai niille, joilla on erittäin litistynyt runko, kuten monet laakamatot (Platyhelminthes). Suurempien eliöiden täytyi kehittää erikoistuneita hengitystiekudoksia, kuten kiduksia, keuhkoja ja hengitysteitä, joihin liittyi monimutkainen verenkiertojärjestelmä, kuljettamaan happea koko kehossaan.

suora diffuusio

kuva 2. Tämän laakamadon hengitysprosessi toimii diffuusion kautta ulomman kalvon. (luotto: Stephen Childs)

pienillä monisoluisilla eliöillä diffuusio ulkokalvolla riittää tyydyttämään niiden hapentarpeen. Kaasun vaihto suoralla diffuusiolla pintakalvojen yli on tehokasta alle 1 mm: n läpimittaisille eliöille. Yksinkertaisilla eliöillä, kuten cnidaareilla ja laakamatoilla, jokainen elimistön solu on lähellä ulkoista ympäristöä. Niiden solut pysyvät kosteina ja kaasut hajaantuvat nopeasti suoran diffuusion kautta. Laakamatot ovat pieniä, kirjaimellisesti litteitä matoja, jotka ”hengittävät” diffuusion kautta ulkokalvolle (kuva 2). Näiden eliöiden litteä muoto lisää diffuusion pinta-alaa varmistaen, että jokainen solun sisällä oleva solu on lähellä ulompaa kalvopintaa ja sillä on pääsy Happeen. Jos laakamadolla olisi lieriömäinen kappale, keskustan solut eivät saisi happea.

iho ja kidukset

lierot ja sammakkoeläimet käyttävät ihoaan (integument) hengityselimenä. Tiheä kapillaariverkosto sijaitsee aivan ihon alapuolella ja helpottaa kaasun vaihtoa ulkoisen ympäristön ja verenkiertojärjestelmän välillä. Hengityspinta on pidettävä kosteana, jotta kaasut liukenevat ja leviävät solukalvojen läpi.

kuva 3. Tällä yleisellä karpilla, kuten monilla muillakin vesieliöillä, on kidukset, joiden avulla se saa happea vedestä. (luotto: ”Guitardude012” /Wikimedia Commons)

vedessä elävien eliöiden on saatava vedestä happea. Happi liukenee veteen, mutta pienemmässä pitoisuudessa kuin ilmakehään. Ilmakehässä on noin 21 prosenttia happea. Vedessä happipitoisuus on paljon tätä pienempi. Kaloille ja monille muille vesieliöille on kehittynyt kidukset, jotka ottavat vedestä liuenneen hapen (kuva 3). Kidukset ovat ohuita kudosfilamentteja, jotka ovat voimakkaasti haaroittuneita ja taitettuja. Kun vesi kulkee kidusten yli, veteen liuennut happi leviää nopeasti kidusten kautta verenkiertoon. Verenkiertojärjestelmä voi sitten kuljettaa hapetettua verta kehon muihin osiin. Eläimissä, jotka sisältävät veren sijasta kalanestettä, happi diffundoituu kiduspintojen kautta kalanesteeksi. Kiduksia on nilviäisillä, annelideilla ja äyriäisillä.

kidusten Taitetut pinnat tarjoavat suuren pinta-alan, jotta kala saa riittävästi happea. Diffuusio on prosessi, jossa materiaali kulkee korkean konsentraation alueilta matalille pitoisuuksille, kunnes tasapaino on saavutettu. Tällöin veri, jolla on alhainen happimolekyylien pitoisuus, kiertää kidusten läpi. Happimolekyylien pitoisuus vedessä on suurempi kuin kiduksissa olevien happimolekyylien pitoisuus. Tämän seurauksena happimolekyylit diffuusi vedestä (korkea pitoisuus) vereen (alhainen pitoisuus), kuten kuvassa 4. Samoin veren hiilidioksidimolekyylit diffundoituvat verestä (korkea pitoisuus) veteen (alhainen pitoisuus).

kuva 4. Veden virratessa kidusten yli happi siirtyy vereen laskimoiden kautta. (credit” fish”: modification of work by Duane Raver, NOAA)

Tracheal Systems

kuva 5. Hyönteiset suorittavat hengityksen henkitorven kautta.

hyönteisten hengitys on riippumaton sen verenkiertojärjestelmästä, joten verellä ei ole suoraa roolia hapenkuljetuksessa. Hyönteisillä on pitkälle erikoistunut hengityselimistö, jota kutsutaan henkitorveksi.se koostuu pienistä putkista, jotka kuljettavat happea koko kehoon. Henkitorvi on aktiivisilla eläimillä suorin ja tehokkain hengityselin. Henkitorven putket on tehty kitiiniksi kutsutusta polymeerimateriaalista.

hyönteisten ruumiissa on Rinta-ja takaruumiissa aukkoja, joita kutsutaan spiraareiksi. Nämä aukot kytkeytyvät putkimaiseen verkkoon, jolloin happi pääsee elimistöön (Kuva 54) ja säätelevät hiilidioksidin ja vesihöyryn diffuusiota. Ilma tulee ja poistuu henkitorvesta kierteiden kautta. Jotkut hyönteiset voivat tuulettaa henkitorvea kehon liikkeillä.

Osallistu!

paranna tätä sivunumeroa enemmän