KIEMEN: EIGENSCHAFTEN, FUNKTIONEN, TYPEN UND BEDEUTUNG - BIOLOGIE - 2025

Die Kiemen oder Kiemen sind die Atmungsorgane von Wassertieren, sie haben die Funktion, den Sauerstoffaustausch zwischen dem Individuum und der Umwelt durchzuführen. Sie treten von sehr einfachen Formen bei Wirbellosen bis zu komplexen Strukturen bei Wirbeltieren auf, die aus Tausenden von spezialisierten Lamellen bestehen, die sich in einem Kiemenhohlraum befinden, der durch einen kontinuierlichen Wasserfluss belüftet wird.

Zellen benötigen Energie, um zu funktionieren. Diese Energie wird aus dem Abbau von Zucker und anderen Substanzen im Stoffwechselprozess gewonnen, der als Zellatmung bezeichnet wird. Bei den meisten Arten wird Luftsauerstoff zur Energiegewinnung verwendet und Kohlendioxid wird als Abfall ausgestoßen.

Astbögen eines europäischen Hechts (Esox lucius). Vom Benutzer: Uwe Gille, aus Wikimedia Commons Die Art und Weise, wie Organismen den Austausch von Gasen mit ihrer Umwelt durchführen, wird sowohl von der Form des Körpers als auch von der Umgebung, in der er lebt, beeinflusst.

Aquatische Umgebungen haben weniger Sauerstoff als terrestrische Umgebungen und die Sauerstoffdiffusion ist langsamer als in der Luft. Die Menge an gelöstem Sauerstoff in Wasser nimmt mit steigender Temperatur und abnehmendem Strom ab.

Weniger entwickelte Arten benötigen keine speziellen Atmungsstrukturen, um ihre Grundfunktionen zu erfüllen. Bei größeren ist es jedoch wichtig, komplexere Austauschsysteme zu haben, damit sie ihren Stoffwechselbedarf angemessen decken können.

Die Kiemen kommen bei Wirbellosen und Wirbeltieren vor, sie können fadenförmig, laminar oder arboreszierend sein, mit zahlreichen Kapillargefäßen ausgestattet sein, und wir beobachten sie auch intern oder extern.

Es gibt Tiere, die im Küstengebiet leben, wie Mollusken und Krabben, die mit ihren Kiemen im Wasser und in der Luft aktiv atmen können, solange sie feucht gehalten werden. Im Gegensatz zu anderen Wasserorganismen, die beim Verlassen des Wassers trotz der Fülle an verfügbarem Sauerstoff ersticken.

Allgemeine Charakteristiken

Die in der Luft vorhandene Sauerstoffmenge beträgt ungefähr 21%, während sie in Wasser nur zu 1% gelöst ist. Diese Variation zwang Wasserorganismen dazu, Strukturen wie Kiemen zu schaffen, die ausschließlich zur Extraktion von Sauerstoff bestimmt sind.

Die Kiemen können so effizient sein, dass sie eine Sauerstoffextraktionsrate von 80% erreichen, dreimal höher als die der menschlichen Lunge aus der Luft.

Vielzahl von Wasserorganismen

Diese Atmungsorgane haben sich in einer Vielzahl von Wasserorganismen entwickelt. In bestimmten Phasen ihres Lebenszyklus finden wir verschiedene Arten von Kiemen in Weichtieren, Würmern, Krebstieren, Stachelhäutern, Fischen und sogar in Reptilien.

Vielzahl von Formen

Infolgedessen variieren sie stark in Form, Größe, Lage und Herkunft, was zu spezifischen Anpassungen bei jeder Art führt.

Bei den weiterentwickelten Wassertieren führte die Zunahme der Größe und Mobilität zu einem höheren Sauerstoffbedarf. Eine der Lösungen für dieses Problem bestand darin, die Fläche der Kiemen zu vergrößern.

Fische haben zum Beispiel eine hohe Anzahl von Falten, die durch das Wasser voneinander getrennt sind. Dies gibt ihnen eine große Gasaustauschfläche, die es ihnen ermöglicht, ihren maximalen Wirkungsgrad zu erreichen.

Empfindliche Organe

Die Kiemen sind sehr empfindliche Organe, die anfällig für Körperverletzungen und Krankheiten sind, die durch Parasiten, Bakterien und Pilze verursacht werden. Aus diesem Grund werden die weniger entwickelten Kiemen im Allgemeinen als extern betrachtet.

Verletzungen

Bei knöchernen Fischen erleiden die Kiemen angesichts hoher Konzentrationen chemischer Schadstoffe wie Schwermetalle, Schwebstoffe und anderer toxischer Substanzen morphologische Schäden oder Verletzungen, die als Ödeme bezeichnet werden.

Diese verursachen eine Nekrose des Kiemengewebes und können in schweren Fällen sogar den Tod des Organismus aufgrund einer veränderten Atmung verursachen.

Aufgrund dieser Eigenschaft werden Fischkiemen von Wissenschaftlern häufig als wichtige Biomarker für Kontaminationen in Gewässern verwendet.

Eigenschaften

Die Hauptfunktion der Kiemen sowohl für Wirbellose als auch für Wirbeltiere besteht darin, den Prozess des Gasaustauschs des Individuums mit der aquatischen Umwelt durchzuführen.

Da die Verfügbarkeit von Sauerstoff im Wasser geringer ist, müssen Wassertiere härter arbeiten, um ein bestimmtes Sauerstoffvolumen zu erfassen, was eine interessante Situation darstellt, da ein Großteil des gewonnenen Sauerstoffs für die Suche nach neuem Sauerstoff verwendet wird Sauerstoff.

Der Mensch verwendet 1 bis 2% seines Stoffwechsels in Ruhe, um die Lunge zu lüften, während Fische in Ruhe etwa 10 bis 20% benötigen, um die Kiemen zu lüften.

Die Kiemen können bei bestimmten Arten auch sekundäre Funktionen entwickeln, beispielsweise bei einigen Mollusken, die so modifiziert wurden, dass sie zur Aufnahme von Nahrungsmitteln beitragen, da es sich um Organe handelt, die kontinuierlich Wasser filtern.

In verschiedenen Krebstieren und Fischen führen sie auch die osmotische Regulierung der Konzentration von Substanzen durch, die in der Umwelt in Bezug auf den Körper verfügbar sind, und finden Fälle, in denen sie für die Ausscheidung toxischer Elemente verantwortlich sind.

Bei jeder Art von Wasserorganismus haben die Kiemen eine bestimmte Funktion, die vom Evolutionsgrad und der Komplexität des Atmungssystems abhängt.

Wie arbeiten Sie?

Im Allgemeinen fungieren die Kiemen als Filter, die den im Wasser enthaltenen Sauerstoff O ₂ einfangen, der für die Erfüllung seiner lebenswichtigen Funktionen unerlässlich ist, und das im Körper vorhandene Kohlendioxid CO ₂ ausstoßen .

Um diese Filtration zu erreichen, ist ein konstanter Wasserfluss erforderlich, der durch Bewegungen der äußeren Kiemen in Würmern, durch Bewegungen des Individuums, wie sie von Haien ausgeführt werden, oder durch Pumpen der Kiemen in Knochenfischen erzeugt werden kann.

Der Gasaustausch erfolgt durch Kontaktdiffusion zwischen Wasser und der in den Kiemen enthaltenen Blutflüssigkeit.

Das effizienteste System heißt Gegenstromfluss, bei dem das durch die Zweigkapillaren fließende Blut mit sauerstoffreichem Wasser in Kontakt kommt. Es wird ein Konzentrationsgradient erzeugt, der es Sauerstoff ermöglicht, durch die Kiemenplatten einzutreten und in den Blutkreislauf zu diffundieren, während Kohlendioxid nach außen diffundiert.

Wenn der Wasser- und Blutfluss in die gleiche Richtung verlaufen würde, würden nicht die gleichen Sauerstoffaufnahmeraten erreicht, da sich die Konzentrationen dieses Gases entlang der Verzweigungsmembranen schnell ausgleichen würden.

Typen (extern und intern)

Die Kiemen können im äußeren oder inneren Teil des Organismus auftreten. Diese Differenzierung ist hauptsächlich eine Folge des Evolutionsgrades, der Art des Lebensraums, in dem er sich entwickelt, und der besonderen Merkmale jeder Art.

Externe Kiemen

Die äußeren Kiemen werden hauptsächlich bei wenig entwickelten Arten von Wirbellosen und vorübergehend in den ersten Stadien der Entwicklung von Reptilien beobachtet, da sie diese nach einer Metamorphose verlieren.

Mexikanischer Axolotl (Ambystoma mexicanum). Von Alexander Baranov aus Montpellier, Frankreich (.), Über Wikimedia Commons Diese Arten von Kiemen haben bestimmte Nachteile, zum einen, weil sie empfindliche Gliedmaßen sind, zu Abrieb neigen und Raubtiere anziehen. In Organismen, die Bewegung haben, behindern sie ihre Fortbewegung.

Da sie in direktem Kontakt mit der äußeren Umgebung stehen, sind sie normalerweise sehr anfällig und können leicht durch schädliche Umweltfaktoren wie schlechte Wasserqualität oder das Vorhandensein toxischer Substanzen beeinträchtigt werden.

Wenn die Kiemen beschädigt sind, ist es sehr wahrscheinlich, dass bakterielle, parasitäre oder Pilzinfektionen auftreten, die je nach Schweregrad zum Tod führen können.

Interne Kiemen

Die inneren Kiemen kommen in größeren Wasserorganismen vor, da sie effizienter sind als die äußeren. Sie sind jedoch je nach Entwicklung der Art unterschiedlich spezialisiert.

Diese befinden sich im Allgemeinen in Kammern, die sie schützen, aber sie benötigen Ströme, die es ihnen ermöglichen, ständigen Kontakt mit der Außenumgebung zu haben, um den Austausch von Gasen zu gewährleisten.

Die Fische entwickelten auch kalkhaltige Kappen, sogenannte Kiemen, die die Funktion haben, die Kiemen zu schützen, als Tore fungieren, die den Wasserfluss einschränken, und auch das Wasser pumpen.

Bedeutung

Die Kiemen sind für das Überleben von Wasserorganismen unerlässlich, da sie eine unverzichtbare Rolle für das Wachstum von Zellen spielen.

Sie atmen nicht nur und sind ein wesentlicher Bestandteil des Kreislaufsystems, sondern können auch zur Fütterung bestimmter Weichtiere beitragen, als Ausscheidungssystem für toxische Substanzen fungieren und Regulatoren verschiedener Ionen in Organismen sein, die sich wie Fische entwickeln.

Wissenschaftliche Studien zeigen, dass Personen, die eine Schädigung der Atemwege erlitten haben, sich langsamer entwickeln und kleiner sind, anfälliger für Infektionen und manchmal schwere Verletzungen sind, die zum Tod führen können.

Die Kiemen haben Anpassungen an die unterschiedlichsten Lebensräume und Umweltbedingungen erreicht und ermöglichen die Etablierung von Leben in praktisch anoxischen Ökosystemen.

Der Spezialisierungsgrad der Kiemen hängt direkt mit der Evolutionsphase der Art zusammen und ist definitiv der effizienteste Weg, um Sauerstoff in aquatischen Systemen zu gewinnen.

Verweise

1. Arellano, J. und C. Sarasquete. (2005). Histologischer Atlas der senegalesischen Seezunge, Solea senegalensis (Kaup, 1858). Andalusisches Institut für Meereswissenschaften, assoziierte Abteilung für Umweltqualität und Pathologie. Madrid, Spanien. 185 Seiten
2. Bioinnova. Gasaustausch bei Tieren und Gasaustausch bei Fischen. Innovationsgruppe zum Unterrichten in biologischer Vielfalt. Wiederhergestellt von: innovabiologia.com
3. Cruz, S. und Rodríguez, E. (2011). Amphibien und globaler Wandel. Sevilla Universität. Von bioscripts.net wiederhergestellt
4. Fanjul, M. und M. Hiriart. (2008). Funktionsbiologie der Tiere I. Herausgeber des 21. Jahrhunderts. 399 pp.
5. Hanson, P., M. Springer und A. Ramírez. (2010) Einführung in die Gruppen der aquatischen Makroinvertebraten. Rev. Biol. Trop. Vol. 58 (4): 3-37.
6. Hill, R. (2007). Vergleichende Tierphysiologie. Editorial Reverté. 905 pp.
7. Luquet, C. (1997). Verzweigungshistologie: Atmung, Ionenregulation und Säure-Base-Gleichgewicht bei der Krabbe Chasmagnathus granulata Dana, 1851 (Decapoda, Grapsidae); mit vergleichenden Anmerkungen in Uca uruguayensis (Nobili, 1901) (Ocypodidae). Universität von Buenos Aires. 187 pp.
8. Roa, I., R. Castro und M. Rojas. (2011). Kiemendeformation bei Salmoniden: makroskopische, histologische, ultrastrukturelle und Elementanalyse. Int. J. Morphol. Vol. 29 (1): 45-51.
9. Ruppert, E. und R. Barnes. (neunzehnhundertsechsundneunzig). Zoologie der Wirbellosen. McGraw - Hill Interamericana. 1114 pp.
10. Torres, G., S. González und E. Peña. (2010). Anatomische, histologische und ultrastrukturelle Beschreibung der Kieme und Leber von Tilapia (Oreochromis niloticus). Int. J. Morphol. Vol. 28 (3): 703 & ndash; 712.