Biologie voor Majors II
leerresultaten
- bespreek de ademhalingsprocessen die worden gebruikt door dieren zonder longen
figuur 1. De cel van de eencellige alg Ventricaria ventricosa is een van de grootste bekende, met een diameter van een tot vijf centimeter. Net als alle eencellige organismen wisselt V. ventricosa gassen uit over het celmembraan.
alle aërobe organismen hebben zuurstof nodig om hun metabole functies uit te oefenen. Langs de evolutionaire boom hebben verschillende organismen verschillende middelen bedacht om zuurstof uit de omringende atmosfeer te halen. De omgeving waarin het dier leeft bepaalt in grote mate hoe een dier respireert. De complexiteit van het ademhalingssysteem is gecorreleerd met de grootte van het organisme. Naarmate de grootte van het dier toeneemt, nemen de diffusieafstanden toe en daalt de verhouding tussen oppervlakte en volume. In eencellige organismen is de verspreiding over het celmembraan voldoende om zuurstof aan de cel te leveren (figuur 1).
diffusie is een langzaam, passief transportproces. Om diffusie een haalbaar middel om zuurstof aan de cel te leveren, moet de snelheid van zuurstofopname overeenkomen met de snelheid van diffusie over het membraan. Met andere woorden, als de cel zeer groot of dik was, zou de verspreiding niet in staat zijn om snel genoeg zuurstof aan de binnenkant van de cel te verstrekken. Daarom blijft afhankelijkheid van diffusie als middel voor het verkrijgen van zuurstof en het verwijderen van kooldioxide alleen haalbaar voor kleine organismen of die met sterk afgeplatte lichamen, zuigt zo veel platwormen (Platyhelminthes). Grotere organismen moesten gespecialiseerde ademhalingsweefsels ontwikkelen, zoals kieuwen, longen en ademhalingswegen vergezeld van een complexe bloedsomloop, om zuurstof door hun hele lichaam te transporteren.
directe diffusie
Figuur 2. Het proces van ademhaling van deze platworm werkt door diffusie over het buitenmembraan. (credit: Stephen Childs)
voor kleine meercellige organismen is diffusie over het buitenmembraan voldoende om aan hun zuurstofbehoefte te voldoen. Gasuitwisseling door directe diffusie over oppervlaktemembranen is efficiënt voor organismen met een diameter van minder dan 1 mm. In eenvoudige organismen, zoals cnidarianen en platwormen, is elke cel in het lichaam dicht bij de externe omgeving. Hun cellen worden vochtig gehouden en de gassen verspreiden snel via directe verspreiding. Platwormen zijn kleine, letterlijk platte wormen, die “ademen” door diffusie over het buitenmembraan (Figuur 2). De vlakke vorm van deze organismen verhoogt de oppervlakte voor verspreiding, ervoor te zorgen dat elke cel binnen het lichaam dicht bij de buitenmembraanoppervlakte is en toegang tot zuurstof heeft. Als de platworm een cilindrisch lichaam had, dan zouden de cellen in het centrum geen zuurstof kunnen krijgen.
huid en kieuwen
regenwormen en amfibieën gebruiken hun huid (integument) als ademhalingsorgaan. Een dicht netwerk van haarvaten ligt net onder de huid en vergemakkelijkt de gasuitwisseling tussen de externe omgeving en de bloedsomloop. Het ademhalingsoppervlak moet vochtig worden gehouden zodat de gassen kunnen oplossen en diffunderen over celmembranen.
Figuur 3. Deze karper heeft, net als veel andere waterorganismen, kieuwen waarmee hij zuurstof uit water kan halen. (krediet: “Guitardude012” /Wikimedia Commons)
organismen die in water leven moeten zuurstof uit het water halen. Zuurstof lost op in water, maar in een lagere concentratie dan in de atmosfeer. De atmosfeer heeft ongeveer 21 procent zuurstof. In water is de zuurstofconcentratie veel kleiner dan dat. Vissen en vele andere waterorganismen hebben kieuwen ontwikkeld om opgeloste zuurstof uit water op te nemen (Figuur 3). Kieuwen zijn dunne weefsel filamenten die sterk vertakt en gevouwen. Wanneer water over de kieuwen gaat, verspreidt de opgeloste zuurstof in water snel over de kieuwen in de bloedbaan. De bloedsomloop kan dan het zuurstofrijke bloed naar de andere delen van het lichaam dragen. Bij dieren die coelomic vloeistof in plaats van bloed bevatten, verspreidt zuurstof over de kieuwoppervlakken in de coelomic vloeistof. Kieuwen worden gevonden in weekdieren, anneliden en schaaldieren.
de gevouwen oppervlakken van de kieuwen bieden een groot oppervlak om ervoor te zorgen dat de vissen voldoende zuurstof krijgen. Diffusie is een proces waarbij materiaal zich verplaatst van gebieden met een hoge concentratie naar een lage concentratie totdat het evenwicht is bereikt. In dit geval circuleert bloed met een lage concentratie zuurstofmoleculen door de kieuwen. De concentratie van zuurstofmoleculen in water is hoger dan de concentratie van zuurstofmoleculen in kieuwen. Hierdoor diffunderen zuurstofmoleculen van water (hoge concentratie) naar bloed (lage concentratie), zoals weergegeven in Figuur 4. Op dezelfde manier diffunderen koolstofdioxidemoleculen in het bloed van het bloed (hoge concentratie) naar water (lage concentratie).
Figuur 4. Als water stroomt over de kieuwen, zuurstof wordt overgebracht naar het bloed via de aderen. (credit “fish”: modification of work by Duane Raver, NOAA)
tracheale systemen
Figuur 5. Insecten voeren ademhaling uit via een tracheale systeem.de ademhaling van insecten is onafhankelijk van de bloedsomloop; daarom speelt het bloed geen directe rol in het zuurstoftransport. Insecten hebben een zeer gespecialiseerd type ademhalingssysteem genaamd de tracheale systeem, dat bestaat uit een netwerk van kleine buizen die zuurstof naar het hele lichaam. Het tracheale systeem is het meest directe en efficiënte ademhalingssysteem bij actieve dieren. De buizen in het tracheale systeem zijn gemaakt van een polymere materiaal genaamd chitine.
Insectenlichamen hebben openingen, die spiracles worden genoemd, langs de thorax en de buik. Deze openingen verbinden zich met het buisvormige netwerk, waardoor zuurstof in het lichaam kan overgaan (figuur 54) en de diffusie van CO2 en waterdamp regelt. Lucht komt en verlaat het tracheale systeem door de spiracles. Sommige insecten kunnen het tracheale systeem ventileren met lichaamsbewegingen.
probeer het
bijdragen!
verbeter deze pagina leer meer