Biologi For Majors II

Figur 1. Cellen av den encellede algen Ventricaria ventricosa er en av de største kjente, og når en til fem centimeter i diameter. Som alle encellede organismer, v. ventricosa utveksler gasser over cellemembranen.

alle aerobe organismer krever oksygen for å utføre sine metabolske funksjoner. Langs det evolusjonære treet har forskjellige organismer utviklet forskjellige måter å skaffe oksygen fra omgivende atmosfære. Miljøet der dyret lever, bestemmer i stor grad hvordan et dyr puster. Kompleksiteten i luftveiene er korrelert med størrelsen på organismen. Etter hvert som dyrestørrelsen øker, øker diffusjonsavstandene og forholdet mellom overflateareal og volum faller. I encellede organismer er diffusjon over cellemembranen tilstrekkelig til å levere oksygen til cellen (Figur 1).

Diffusjon Er en langsom, passiv transportprosess. For at diffusjon skal være et mulig middel for å gi oksygen til cellen, må oksygenopptaket samsvare med diffusjonshastigheten over membranen. Med andre ord, hvis cellen var veldig stor eller tykk, ville diffusjon ikke kunne gi oksygen raskt nok til innsiden av cellen. Derfor er avhengighet av diffusjon som et middel til å skaffe oksygen og fjerne karbondioksid bare mulig for små organismer eller de med høyt flattede legemer, suger så mange flatworms (Platyhelminthes). Større organismer måtte utvikle spesialiserte respiratoriske vev, som gjær, lunger og luftveier ledsaget av komplekse sirkulasjonssystemer, for å transportere oksygen gjennom hele kroppen.

Direkte Diffusjon

Figur 2. Denne flatworms respirasjonsprosess virker ved diffusjon over den ytre membranen. (kreditt: Stephen Childs)

for små flercellede organismer er diffusjon over den ytre membranen tilstrekkelig til å møte deres oksygenbehov. Gassutveksling ved direkte diffusjon over overflatemembraner er effektiv for organismer mindre enn 1 mm i diameter. I enkle organismer, som cnidarians og flatworms, er hver celle i kroppen nær det ytre miljø. Deres celler holdes fuktige og gasser diffunderer raskt via direkte diffusjon. Flatworms er små, bokstavelig talt flate ormer, som» puster» gjennom diffusjon over ytre membranen (Figur 2). Den flate formen av disse organismene øker overflatearealet for diffusjon, slik at hver celle i kroppen er nær den ytre membranoverflaten og har tilgang til oksygen. Hvis flatmasken hadde en sylindrisk kropp, ville cellene i midten ikke kunne få oksygen.

Hud og Gjeller

Meitemark og amfibier bruker huden (integument) som et åndedrettsorgan. Et tett nettverk av kapillærer ligger like under huden og letter gassutveksling mellom det ytre miljø og sirkulasjonssystemet. Åndedrettsflaten må holdes fuktig for at gassene skal oppløse og diffundere over cellemembraner.

Figur 3. Denne vanlige karpe, som mange andre vannlevende organismer, har gjær som tillater det å skaffe oksygen fra vann. (kreditt: «Guitardude012» / Wikimedia Commons)

Organismer som lever i vann trenger å skaffe oksygen fra vannet. Oksygen oppløses i vann, men med lavere konsentrasjon enn i atmosfæren. Atmosfæren har omtrent 21 prosent oksygen. I vann er oksygenkonsentrasjonen mye mindre enn det. Fisk og mange andre vannlevende organismer har utviklet gjeller for å ta opp oppløst oksygen fra vann (Figur 3). Gjellene er tynne vev filamenter som er svært forgrenet og brettet. Når vann passerer over gjellene, diffunderer det oppløste oksygen i vann raskt over gjellene i blodet. Sirkulasjonssystemet kan deretter bære oksygenrikt blod til andre deler av kroppen. Hos dyr som inneholder coelomic væske i stedet for blod, diffunderer oksygen over gjelleflatene i coelomic væske. Gjellene finnes i bløtdyr, annelider og krepsdyr.

gjellenes brettede flater gir et stort overflateareal for å sikre at fisken får tilstrekkelig oksygen. Diffusjon er en prosess der materialet beveger seg fra regioner med høy konsentrasjon til lav konsentrasjon til likevekt er nådd. I dette tilfellet sirkulerer blod med lav konsentrasjon av oksygenmolekyler gjennom gjellene. Konsentrasjonen av oksygenmolekyler i vann er høyere enn konsentrasjonen av oksygenmolekyler i gjær. Som et resultat diffunderer oksygenmolekyler fra vann (høy konsentrasjon) til blod (lav konsentrasjon), som vist i Figur 4. På samme måte diffunderer karbondioksidmolekyler i blodet fra blodet (høy konsentrasjon) til vann (lav konsentrasjon).

Figur 4. Når vann strømmer over gjellene, overføres oksygen til blod via venene. (kreditt «fish»: modifikasjon av arbeid Av Duane Raver, NOAA)

Tracheal Systems

Figur 5. Insekter utfører respirasjon via et trakealsystem.

insektets respirasjon er uavhengig av sirkulasjonssystemet; derfor spiller blodet ikke en direkte rolle i oksygentransport. Insekter har en høyt spesialisert type åndedrettssystem kalt trakealsystemet, som består av et nettverk av små rør som bærer oksygen til hele kroppen. Trakealsystemet er det mest direkte og effektive åndedrettssystemet hos aktive dyr. Rørene i trakealsystemet er laget av et polymermateriale som kalles kitin.

Insektslegemer har åpninger, kalt spirakler, langs thorax og underliv. Disse åpningene kobles til det rørformede nettverket, slik at oksygen kan passere inn I kroppen (Figure54) og regulere diffusjonen AV CO2 og vanndamp. Luft kommer inn og forlater trakealsystemet gjennom spiraklene. Noen insekter kan ventilere trakealsystemet med kroppsbevegelser.

Bidra!

Forbedre denne sidenlære mer