Atmung, Gasaustausch und Exkretion bei Tieren und Pflanzen

Atmung und Gasaustausch

Der Gasaustausch findet in Alveolen statt, den stark vaskularisierten, sehr dünnen Wänden der Lunge. Die Atemwege bestehen aus:

• Nasenlöcher (erwärmen die Luft und reinigen sie von Verunreinigungen)
• Rachen (verbindet Nasenhöhle, Mund und Rachen)
• Kehlkopf (Kehlkopfknorpel und Stimmbänder)
• Luftröhre (aus Knorpelspangen, Reinigungsbereich, teilt sich in die Bronchien)
• Bronchien, Bronchiolen und Alveolen (Austausch der Gase)

Anpassungen zur Vergrößerung der Oberfläche

Bzw. systematische Anpassungen: ₁ Vergrößerung der Oberfläche, _{2 Personen} Aufnahme der Mechanismen, _{Lüftungs-3 erweitert} den Lungenkreislauf.

Atmung bei Pflanzen

Pflanzen müssen O₂ und CO₂ aufnehmen und abgeben. Die Aufnahme ist im Vergleich zu Tieren geringer. Pflanzen besitzen ₁ Atemwege, ₂ Gasaustausch über die Zellen, die relativ nahe an der Oberfläche liegen, und ₃ der interzelluläre Zwischenräume. Spezialisierte Strukturen sind die Stomata und Lentizellen.

Photosynthese und Zellatmung

Photosynthese und Beziehung zwischen Zellen: Bei der Photosynthese wird Sauerstoff freigegeben und CO₂ aufgenommen:

CO₂ + H₂O + Lichtenergie → Biomasse + O₂

Die Zellatmung in Pflanzen verbraucht O₂ und setzt CO₂ frei:

Biomasse + O₂ → CO₂ + H₂O + Energie

Ausscheidung bei Tieren

Ausscheidung: Die katabole Aktivität erzeugt Abfälle, die eliminiert werden müssen. Das Exkretionssystem ist bei der Regulierung der Flüssigkeitsmenge vielzelliger Tiere beteiligt und trägt zur Homöostase bei.

Stickstoffhaltige Abfallprodukte

Keine stickstoffhaltigen Produkte sind: CO₂ (über die Oberflächen der Atemwege) und H₂O (in Form von Flüssigkeit über Exkretion).

Stickstoffhaltige Abfälle werden wie folgt beseitigt:

• Ammoniotelisch: Direkte Ausscheidung von Ammoniak nach außen (sehr giftig), typisch für Wassertiere und Fische.
• Ureotelisch: Ausscheidung als Harnstoff (giftig), für Haie, Amphibien, Schildkröten und Säugetiere; Harnstoff wird im Wasser verdünnt ausgeschieden.
• Uricotelisch: Ausscheidung als Harnsäure (leicht giftig), spart Wasser, da sie schlecht löslich ist, sodass sie sich ohne schwere Schäden im Tier ansammeln kann. Insekten, Reptilien und Vögel.

Ausscheidungssysteme bei wirbellosen Tieren

Ausscheidungssysteme bei Invertebraten: Ganze Organe übernehmen die Entsorgung der Stoffwechselprodukte der Zellen.

• Protonephridien: (Plattwürmer) stark verzweigte Röhren, die in Wimpern- oder Geißelzellen enden. Die Flüssigkeit fließt durch das Rohr nach außen.
• Metanephridien: (Anneliden und Mollusken) bestehen aus einem trichterförmigen, von Kapillaren umgebenen Netzwerk mit zwei Öffnungen, extern und intern. Im Metanephridium werden wertvolle Stoffe rückresorbiert und Abfall entsorgt.
• Malpighi-Gefäße: (Insekten) dünne, blind endende Röhren, die an einem Ende geschlossen sind. Abfallstoffe gelangen in den Darm und werden über den After ausgeschieden.
• Grüne Drüsen: (Krebstiere) bestehen aus einem blinden Säckchen mit Tubulus, das Abfallstoffe filtert und reabsorbierbare Stoffe zurückgibt.

Ausscheidungssysteme bei Wirbeltieren

Die Nieren bilden den Urin und regulieren den Wasser- und Abfallhaushalt.

Niere und Nephron bei Säugetieren: Die Säugetiere besitzen zwei Nieren, etwa 10 cm groß, stark vaskularisiert. Das Blut tritt über die Nierenarterie ein und verlässt die Niere über die Nierenvene. Das Nephron ist die funktionelle Einheit der Niere, es liegt in Rinde und Mark. Es gibt mehrere Millionen Nephrone; in jedem Nephron befindet sich eine Arteriole.

Weitere Exkretionsorgane:

• Schweißdrüsen: Schwitzen eliminiert Abfallstoffe und reguliert die Körpertemperatur.
• Leber: Bilirubin wird in der Leber verstoffwechselt und über den Darm ausgeschieden.
• Salzdrüse: Meeresvögel und Meeresschildkröten scheiden überschüssiges Salz über die Salzdrüse aus.

Urinbildung bei Wirbeltieren

Der Urin wird in den Nephronen gebildet und verläuft in drei Schritten:

1. Glomeruläre Filtration: Das Filtrat tritt in die Bowman-Kapsel über. Aufgrund des Druckunterschieds zwischen den glomerulären Kapillaren und der inneren Kapsel wird Flüssigkeit filtriert. Der Druck in den glomerulären Kapillaren ist höher, weil das Kaliber der zuführenden Arteriole größer ist als das der abführenden Arteriole. Das Filtrat besteht aus Plasma ohne Blutzellen, enthält aber Abfallstoffe und nutzbare Stoffe.
2. Tubuläre Rückresorption: Die glomeruläre Filtration ist nicht selektiv. Im Tubulus des Nephrons wird der größte Teil der nützlichen Stoffe resorbiert, je nach Stoff über verschiedene Wege, die von Kapillaren umgeben sind und ins Blut gelangen.
3. Tubuläre Sekretion: Einige Stoffe werden durch Diffusion oder aktiven Transport in den Tubulus abgegeben. So wird das Ionengleichgewicht aufrechterhalten.

Der Urin fließt über die Sammelrohre in das Nierenbecken und den Harnleiter zur Harnblase, wo er gespeichert und über die Harnröhre ausgeschieden wird.

Ausscheidung bei Pflanzen

Pflanzen besitzen keine spezialisierten Ausscheidungsorgane. Abfallprodukte und Stoffwechselprodukte werden in Blättern, Ästen und Rinde eingelagert, und Abfälle werden außerhalb des Organismus abgegeben.

Abfallprodukte bei Pflanzen

Gasförmige Abfälle: CO₂ (bei Atmung und Stomata-Ausscheidung) und Ethylen (bei reifen Früchten).

Flüssige Abfälle: Öle, die über Drüsen ausgeschieden oder in Zellen oder Ölbläschen gespeichert werden, Harze (sammeln sich in flüssiger Form in harzbildenden Kanälen im Parenchym) und Latex (in Milchröhren als Tropfen).

Feste Abfälle: Werden in Kanälen oder Zellen gelagert:

• Calciumoxalat: sammelt sich als Kristalle in den Vakuolen der Zellen.
• Terpentin: Destillat aus Kiefernharz.
• Naturkautschuk: aus Latex gewonnen.
• Ätherische Öle: aus Aromadrüsen gewonnen.