Atmung und Ausscheidung bei Tieren und Pflanzen – Lunge, Niere, Exkretion

Lungenatmung und Atemwege

Lungenatmung: Der Gasaustausch erfolgt in den Lungen. Die Lungen sind über die Nasenlöcher und den Mund mit der Außenwelt verbunden und weiter durch Rachen, Kehlkopf, Luftröhre und Bronchien mit dem Inneren des Körpers verbunden. Lungenatmung kommt bei Wirbeltieren vor: Amphibien, Reptilien, Vögeln und Säugetieren.

Evolution der pulmonalen Atemwege

Wichtige Entwicklungen bei der Evolution der Lungen und Atemwege sind:

• Erhöhung der Austauschfläche (größere Oberfläche für Gasaustausch).
• Akquisition von Ventilationsmechanismen (Effizienzsteigerung der Luftbewegung).
• Verbesserung der Lungen-Kreislauf-Kopplung zur besseren Gasversorgung des Blutes.
• Bei Vögeln und Säugetieren sind die Systeme besonders effizient und vollständig differenziert.

Modelle der Lungenatmung

Vögel

Die Vogelatmung zeichnet sich durch zusätzliche Strukturen in Form von Luftsäcken aus. Diese Luftsäcke sorgen für einen kontinuierlichen Luftstrom durch die Lunge und erhöhen die Effizienz des Gasaustauschs.

Säugetiere

Säugetiere besitzen zahlreiche Lungenbläschen und kleine Luftsäcke, die Alveolen genannt werden. Durch die dünnen Wände der Alveolen diffundieren Sauerstoff und Kohlendioxid zwischen Blut und Luft.

Pflanzenatmung

Pflanzenatmung: Pflanzen benötigen keinen spezialisierten Atmungsapparat wie Tiere, da ihr Sauerstoffbedarf geringer ist. Pflanzliche Gewebe liegen oft relativ nah an der Oberfläche; Gase wie Sauerstoff und Kohlendioxid werden zumeist direkt über die Oberfläche oder durch Spaltöffnungen (Stomata) ausgetauscht. Bei Pflanzen findet neben der Photosynthese auch Zellatmung statt: Dabei wird Sauerstoff verbraucht und Kohlendioxid freigesetzt.

Ausscheidung bei Tieren

Ausscheidung der Tiere: Ausscheidung ist die Beseitigung von Stoffwechselendprodukten durch spezialisierte Exkretionsorgane.

Abfallprodukte

Zu den wichtigsten Abfallprodukten gehören Kohlendioxid und Wasser sowie stickstoffhaltige Verbindungen:

• Kohlendioxid und Wasser: CO2 wird über respiratorische Oberflächen entfernt; Wasserdampf wird über dieselben Flächen abgegeben.
• Stickstoffhaltige Produkte: Der Stickstoff aus dem Protein- und Nukleinsäurestoffwechsel wird in verschiedenen Formen ausgeschieden. Unterschiedliche Organismen eliminieren Stickstoff auf unterschiedliche Weise:

• Ammoniotelisch: Viele Wassertiere scheiden Ammoniak aus.
• Ureotelisch: Amphibien, viele Reptilien, Schildkröten und Säugetiere wandeln Stickstoff in Harnstoff um und scheiden diesen aus.
• Urikotelisch: Insekten, manche Reptilien und Vögel scheiden Stickstoff in Form von Harnsäure aus.

Exkretorische Systeme bei Wirbellosen

Verschiedene Wirbellose besitzen unterschiedliche Exkretionsorgane:

• Protonephridien: Bei manchen Tieren wie Plattwürmern finden sich stark verzweigte Röhrensysteme mit Flammzellen.
• Metanephridien: Bei Ringelwürmern und einigen Weichtieren bestehen sie aus einem röhrenförmigen System mit zwei Öffnungen (einer inneren Nephridiole und einem äußeren Nephridioporus).
• Malpighische Schläuche: Bei Insekten sind es dünne Röhren, die in den Verdauungstrakt münden und an der Exkretion beteiligt sind.
• Antennendrüse / grüne Drüse: Bei Krebstieren (z. B. Krabben) finden sich oft die sogenannten Antennallobus-Drüsen oder grüne Drüsen zur Exkretion.

Exkretorische Systeme bei Wirbeltieren

Die wichtigsten Exkretionsorgane bei Wirbeltieren sind die Nieren. Nieren bestehen aus vielen funktionellen Einheiten, den Nephronen.

Aufbau der Niere

Von außen nach innen unterscheidet man:

• Nierenkapsel
• Nierenrinde
• Nierenmark
• Nierenbecken (Pelvis renalis)

Aufbau des Nephrons

Ein Nephron besteht aus mehreren Abschnitten:

• Bowman-Kapsel: Umgibt ein Kapillarknäuel, den Glomerulus.
• Glomerulus: Kapillaren, in denen die glomeruläre Filtration stattfindet.
• Proximaler Tubulus
• Henle-Schleife (Loop of Henle)
• Distaler Tubulus
• Sammelrohr: Mehrere Nephrone münden in Sammelkanälchen.

Weitere exkretorische und sekretorische Organe

• Schweißdrüsen: Bilden Schweiß, der zur Regulation von Temperatur und zur Ausscheidung beiträgt.
• Leber: Bildet Gallenfarbstoffe (z. B. Bilirubin) und ist an Entgiftung und Metabolismus beteiligt.

Urinbildung

Die Urinbildung umfasst mehrere Teilschritte:

• Glomeruläre Filtration: In der Bowman-Kapsel entstehen aufgrund von Druckunterschieden zwischen den Kapillaren des Glomerulus und dem Inneren der Kapsel Filtrate des Blutplasmas. Der Glomerulus wirkt als Filter, der große Bestandteile zurückhält.
• Rückresorption: Viele nützliche Stoffe werden in den Nierenkanälchen (Tubuli) wieder in das Blut resorbiert.
• Sekretion: Bestimmte Substanzen werden aktiv oder passiv aus den Kapillaren in die Tubuli abgegeben.
• Am Ende des Prozesses erreicht der Urin über die Harnleiter (Ureter) die Harnblase und wird schließlich durch die Harnröhre ausgeschieden.

Ausscheidung bei Pflanzen

Pflanzen besitzen keine speziell ausgebildeten Exkretionsorgane. Sie produzieren weniger Abfallstoffe als Tiere, und nicht alle überschüssigen oder giftigen Stoffe werden aktiv aus dem Pflanzenkörper entfernt. Viele flüchtige Gase und Stoffwechselprodukte werden passiv abgegeben:

• Kohlendioxid und Ethylen werden über Spaltöffnungen (Stomata) oder andere Oberflächen freigesetzt.
• Flüssige Stoffe wie ätherische Öle, Harze und Latex können in spezialisierten Drüsen oder Leitbündeln gespeichert oder abgegeben werden.
• Feste Stoffe: Calciumoxalat kann sich in Form von Kristallen anhäufen.

Flüssige Pflanzenstoffe

Ätherische Öle, Harze und Latex sind Beispiele für flüssige oder viskose Substanzen, die Pflanzen bilden und lagern oder abgeben können.

Feste Pflanzenstoffe

Feststoffe wie Calciumoxalat können sich in Zellen als Kristalle anhäufen; diese Kristalle sind oft die ersten sichtbaren Ablagerungen.