Biológia szakok számára II

1. ábra. Az egysejtű alga Ventricaria ventricosa sejtje az egyik legnagyobb ismert, átmérője egy-öt centiméter. Mint minden egysejtű organizmus, V. ventricosa gázokat cserél a sejtmembránon.

minden aerob organizmusnak oxigénre van szüksége metabolikus funkcióinak elvégzéséhez. Az evolúciós fa mentén a különböző szervezetek különböző eszközöket dolgoztak ki az oxigén megszerzésére a környező légkörből. Az a környezet, amelyben az állat él, nagyban meghatározza, hogy az állat hogyan lélegzik. A légzőrendszer összetettsége korrelál a szervezet méretével. Az állatok méretének növekedésével a diffúziós távolságok növekednek, és a felület és a térfogat aránya csökken. Egysejtű organizmusokban a sejtmembránon keresztüli diffúzió elegendő a sejt oxigénellátásához (1.ábra).

a diffúzió lassú, passzív szállítási folyamat. Annak érdekében, hogy a diffúzió megvalósítható eszköz legyen a sejt oxigénellátására, az oxigénfelvétel sebességének meg kell egyeznie a membránon keresztüli diffúzió sebességével. Más szavakkal, ha a sejt nagyon nagy vagy vastag lenne, a diffúzió nem lenne képes elég gyorsan oxigént biztosítani a sejt belsejébe. Ezért a diffúziótól való függés, mint az oxigén megszerzésének és a szén-dioxid eltávolításának eszköze, csak a kis szervezetek vagy az erősen lapított testű szervezetek számára lehetséges, mint sok laposféreg (Platyhelminthes). A nagyobb organizmusoknak speciális légzőszöveteket kellett kifejleszteniük, mint például kopoltyúk, tüdő és légzőcsatornák, amelyeket komplex keringési rendszerek kísérnek, hogy oxigént szállítsanak az egész testükön.

közvetlen diffúzió

2. ábra. Ez a laposféreg légzési folyamata diffúzióval működik a külső membránon. (hitel: Stephen Childs)

kis többsejtű organizmusok esetében a külső membránon keresztüli diffúzió elegendő oxigénigényük kielégítéséhez. A felszíni membránokon keresztüli közvetlen diffúzióval történő gázcsere hatékony az 1 mm-nél kisebb átmérőjű szervezetek számára. Az egyszerű organizmusokban, mint például a cnidarians és a laposférgek, a test minden sejtje közel van a külső környezethez. Sejtjeiket nedvesen tartják, a gázok pedig közvetlen diffúzió útján gyorsan diffundálnak. A laposférgek kicsi, szó szerint lapos férgek, amelyek a külső membránon keresztüli diffúzió révén “lélegeznek” (2.ábra). Ezeknek az organizmusoknak a lapos alakja növeli a diffúzió felületét, biztosítva, hogy a test minden sejtje közel legyen a külső membrán felületéhez és hozzáférjen az oxigénhez. Ha a laposféreg hengeres testtel rendelkezik, akkor a középen lévő sejtek nem képesek oxigént kapni.

bőr és kopoltyúk

a földigiliszták és a kétéltűek a bőrüket (bőrüket) légzőszervként használják. A kapillárisok sűrű hálózata közvetlenül a bőr alatt fekszik, és megkönnyíti a gázcserét a külső környezet és a keringési rendszer között. A légző felületet nedvesen kell tartani, hogy a gázok feloldódjanak és diffundáljanak a sejtmembránokon.

3. ábra. Ez a közönséges ponty, mint sok más vízi szervezet, kopoltyúkkal rendelkezik, amelyek lehetővé teszik, hogy oxigént nyerjen a vízből. (hitel: “Guitardude012” /Wikimedia Commons)

a vízben élő szervezeteknek oxigént kell szerezniük a vízből. Az oxigén vízben oldódik, de alacsonyabb koncentrációban, mint a légkörben. A légkör nagyjából 21% oxigént tartalmaz. A vízben az oxigénkoncentráció sokkal kisebb. A halak és sok más vízi élőlény kopoltyúkat alakítottak ki, hogy felvegyék az oldott oxigént a vízből (3.ábra). A kopoltyúk vékony szövetszálak, amelyek erősen elágazóak és hajtogatottak. Amikor a víz áthalad a kopoltyúkon, a vízben oldott oxigén gyorsan diffundál a kopoltyúkon a véráramba. A keringési rendszer ezután az oxigénnel kezelt vért a test többi részébe szállíthatja. Azoknál az állatoknál, amelyek vér helyett coelomikus folyadékot tartalmaznak, az oxigén diffundál a kopoltyú felületén a coelomikus folyadékba. A kopoltyúk megtalálhatók a puhatestűekben, az annelidekben és a rákfélékben.

a kopoltyúk hajtogatott felületei nagy felületet biztosítanak annak biztosítására, hogy a halak elegendő oxigént kapjanak. A diffúzió olyan folyamat, amelynek során az anyag a magas koncentrációjú régiókból az alacsony koncentrációjú régiókba halad, amíg el nem éri az egyensúlyt. Ebben az esetben az oxigénmolekulák alacsony koncentrációjú vér kering a kopoltyúkon keresztül. Az oxigénmolekulák koncentrációja a vízben magasabb, mint az oxigénmolekulák koncentrációja a kopoltyúkban. Ennek eredményeként az oxigénmolekulák diffundálnak a vízből (magas koncentráció) a vérbe (alacsony koncentráció), amint azt a 4.ábra mutatja. Hasonlóképpen, a szén-dioxid molekulák a vérben diffundálnak a vérből (magas koncentráció) a vízbe (alacsony koncentráció).

4. ábra. Amint a víz átfolyik a kopoltyúkon, az oxigén a vénákon keresztül jut a vérbe. (credit “fish”: módosítása munka Duane Raver, NOAA)

légcső rendszerek

5. ábra. A rovarok légcső rendszeren keresztül végeznek légzést.

a rovarok légzése független a keringési rendszerétől, ezért a vér nem játszik közvetlen szerepet az oxigén szállításában. A rovaroknak van egy nagyon speciális típusú légzőrendszerük, az úgynevezett légcső-rendszer, amely kis csövek hálózatából áll, amely oxigént szállít az egész testre. A légcső a legközvetlenebb és leghatékonyabb légzőrendszer az aktív állatokban. A légcső rendszerében lévő csövek kitin nevű polimer anyagból készülnek.

a rovarok testének nyílásai, úgynevezett spirálok vannak a mellkas és a has mentén. Ezek a nyílások csatlakoznak a csőhálózathoz, lehetővé téve az oxigén átjutását a testbe (54 Ábra), és szabályozva a CO2 és a vízgőz diffúzióját. A levegő a spirálokon keresztül jut be és távozik a légcső rendszeréből. Egyes rovarok testmozgással szellőztethetik a légcső rendszert.

járulj hozzá!

az oldal Javításatovábbi információk