Biologi för Majors II

Figur 1. Cellen i den encelliga algen Ventricaria ventricosa är en av de största kända och når en till fem centimeter i diameter. Liksom alla encelliga organismer utbyter V. ventricosa gaser över cellmembranet.

alla aeroba organismer kräver syre för att utföra sina metaboliska funktioner. Längs det evolutionära trädet har olika organismer utformat olika sätt att erhålla syre från den omgivande atmosfären. Miljön där djuret lever bestämmer i hög grad hur ett djur andas. Komplexiteten i andningssystemet är korrelerad med organismens storlek. När djurstorleken ökar ökar diffusionsavstånden och förhållandet mellan ytarea och volym sjunker. I encelliga organismer är diffusion över cellmembranet tillräcklig för att tillföra syre till cellen (Figur 1).

Diffusion är en långsam, passiv transportprocess. För att diffusion ska vara ett genomförbart sätt att tillhandahålla syre till cellen måste syreupptagningshastigheten matcha diffusionshastigheten över membranet. Med andra ord, om cellen var mycket stor eller tjock, skulle diffusion inte kunna ge syre tillräckligt snabbt till insidan av cellen. Därför är beroende av diffusion som ett medel för att erhålla syre och avlägsna koldioxid fortfarande möjligt endast för små organismer eller de med mycket plana kroppar, suger så många flatmaskar (Platyhelminthes). Större organismer var tvungna att utveckla specialiserade andningsvävnader, såsom gälar, lungor och andningsvägar åtföljda av komplexa cirkulationssystem, för att transportera syre genom hela kroppen.

direkt Diffusion

Figur 2. Denna flatmasks andningsprocess fungerar genom diffusion över det yttre membranet. (kredit: Stephen Childs)

för små multicellulära organismer är diffusion över det yttre membranet tillräckligt för att tillgodose deras syrebehov. Gasutbyte genom direkt diffusion över ytmembran är effektivt för organismer som är mindre än 1 mm i diameter. I enkla organismer, som cnidarians och flatworms, är varje cell i kroppen nära den yttre miljön. Deras celler hålls fuktiga och gaser diffunderar snabbt via direkt diffusion. Flatmaskar är små, bokstavligen platta maskar, som” andas ” genom diffusion över det yttre membranet (Figur 2). Den plana formen av dessa organismer ökar ytan för diffusion, vilket säkerställer att varje cell i kroppen ligger nära den yttre membranytan och har tillgång till syre. Om flatmasken hade en cylindrisk kropp, skulle cellerna i mitten inte kunna få syre.

hud och gälar

daggmaskar och amfibier använder sin hud (integument) som andningsorgan. Ett tätt nätverk av kapillärer ligger strax under huden och underlättar gasutbytet mellan den yttre miljön och cirkulationssystemet. Andningsytan måste hållas fuktig för att gaserna ska kunna lösas upp och diffundera över cellmembran.

Figur 3. Denna vanliga karp, som många andra vattenlevande organismer, har gälar som gör det möjligt att få syre från vatten. (kredit: ”Guitardude012” /Wikimedia Commons)

organismer som lever i vatten behöver få syre från vattnet. Syre löses upp i vatten men i en lägre koncentration än i atmosfären. Atmosfären har ungefär 21 procent syre. I vatten är syrekoncentrationen mycket mindre än så. Fisk och många andra vattenlevande organismer har utvecklat gälar för att ta upp det upplösta syret från vatten (Figur 3). Gälar är tunna vävnadsfilament som är mycket grenade och vikta. När vatten passerar över gälarna diffunderar det upplösta syret i vatten snabbt över gälarna in i blodomloppet. Cirkulationssystemet kan sedan bära det syresatt blodet till andra delar av kroppen. Hos djur som innehåller coelomisk vätska istället för blod diffunderar syre över gillytorna i den coelomiska vätskan. Gälar finns i blötdjur, annelider och kräftdjur.

de vikta ytorna på gälarna ger en stor yta för att säkerställa att fisken får tillräckligt med syre. Diffusion är en process där material färdas från regioner med hög koncentration till låg koncentration tills jämvikt uppnås. I detta fall cirkulerar blod med låg koncentration av syremolekyler genom gälarna. Koncentrationen av syremolekyler i vatten är högre än koncentrationen av syremolekyler i gälar. Som ett resultat diffunderar syremolekyler från vatten (hög koncentration) till blod (låg koncentration), som visas i Figur 4. På samma sätt diffunderar koldioxidmolekyler i blodet från blodet (hög koncentration) till vatten (låg koncentration).

Figur 4. När vatten strömmar över gälarna överförs syre till blod via venerna. (kredit ”fisk”: modifiering av arbete av Duane Raver, NOAA)

Trakealsystem

Figur 5. Insekter utför andning via ett trakealsystem.

Insektsandning är oberoende av dess cirkulationssystem; därför spelar blodet inte en direkt roll vid syretransport. Insekter har en högspecialiserad typ av andningsorgan som kallas trakealsystemet, som består av ett nätverk av små rör som transporterar syre till hela kroppen. Trakealsystemet är det mest direkta och effektiva andningsorganen hos aktiva djur. Rören i trakealsystemet är gjorda av ett polymermaterial som kallas kitin.

Insektskroppar har öppningar, kallade spiracles, längs bröstkorgen och buken. Dessa öppningar ansluter till det rörformiga nätverket, vilket gör att syre kan passera in i kroppen (Figure54) och reglera diffusionen av CO2 och vattenånga. Luft kommer in och lämnar trakealsystemet genom spiraklarna. Vissa insekter kan ventilera trakealsystemet med kroppsrörelser.

bidra!

förbättra denna sidalär dig mer