Grundlagen der Biologie: Verdauung, Ernährung und Atmung

Verdauungssystem

Pharynx (Rachen)

Ein muskulöser Schlauch, der in den nächsten Teil des Verdauungstraktes, die Speiseröhre, führt. Die Tonsillen dienen der Reifung von Lymphozyten. Unterhalb des Kehlkopfes befindet sich ein knorpeliger Lappen, die Epiglottis (Kehldeckel), die beim Schlucken die Stimmritze bedeckt, um zu verhindern, dass Nahrung in die Luftröhre gelangt. Die Medulla oblongata (verlängertes Mark) steuert den Schluckvorgang, das Schließen der Nasenlöcher und das Anheben des weichen Gaumens, was verhindert, dass Nahrung in die oberen Atemwege gelangt.

Ösophagus (Speiseröhre)

Ein gerader Kanal, der den Bolus (Nahrungsbrei) durch Kontakt mit seinen Wänden transportiert. Der Transport erfolgt durch Peristaltik, rhythmische Kontraktionen der Muskeln in den Wänden der Speiseröhre. Bei Vögeln gibt es den Kropf, der Nahrung speichert.

Magen

Dieser Trakt ist der umfangreichste Teil des Verdauungssystems. Der Eingang wird Kardia (Magenmund) genannt, nahe dem Herzen, und der Ausgang Pylorus (Pförtner). Im Magen beginnt die Verdauung. In seiner Wand sezernieren Drüsenzellen Salzsäure (HCl), die für die Aktivierung der Magenenzyme (Pepsin) notwendig ist, welche Peptide spalten. Zudem wird der Intrinsic Factor produziert, der für die Resorption von Vitamin B₁₂ unerlässlich ist. Eine Schleimhaut schützt die Magenwand. Bei Vögeln ist der Magen als Muskelmagen (Magenmühle) erweitert, dessen Wände sich stark zusammenziehen und mit kleinen Steinen die Nahrung zermahlen. Das Ergebnis der Verdauung im Magen ist ein saurer Brei, der Chymus (Speisebrei) genannt wird.

Dünndarm

Beim Menschen besteht der Dünndarm aus drei Abschnitten: Duodenum (Zwölffingerdarm), Jejunum (Leerdarm) und Ileum (Krummdarm). In das Duodenum münden die Ausführungsgänge der Leber und der Bauchspeicheldrüse. Die gemeinsame Mündung wird Papilla duodeni major (Vatersche Papille) genannt. Die Leber produziert Gallensalze, die in der Gallenblase gespeichert werden. Diese Gallensalze emulgieren Fette und Lipide, sodass Enzyme sie besser angreifen können. Die Bauchspeicheldrüse sondert Pankreassaft ab, eine Mischung aus Enzymen wie Pankreas-Amylase, Lipase und Trypsin. Das Ergebnis ist ein dünnflüssiger Brei, der Chylus genannt wird und in dem die Nährstoffe bereits weitgehend verdaut sind. Die Aufnahme (Resorption) der Nährstoffe aus dem Darm ins Blut erfolgt durch die Darmzotten. Diese fingerförmigen Ausstülpungen der Darmschleimhaut sind reich an Blutgefäßen und Lymphgefäßen. Diese Darmzotten sind von einem Epithel ausgekleidet.

Dickdarm

Der Dickdarm beginnt an der Ileozökalklappe (Bauhin-Klappe), die den Übergang vom Dünndarm zum Dickdarm reguliert. An dieser Stelle befindet sich der Blinddarm (Caecum) mit dem Wurmfortsatz (Appendix). Im Dickdarm wird dem unverdaulichen Nahrungsbrei Wasser entzogen und der Kot eingedickt. Hier ist die Darmflora aktiv, eine Vielzahl von Bakterien, die unter anderem bei der Verdauung von Zellulose helfen.

Ernährung

Ernährung umfasst alle Prozesse, durch die Lebewesen Materie und Energie mit ihrer Umwelt austauschen. Es gibt zwei Haupttypen:

• Autotrophe (z. B. Pflanzen, einige Bakterien) können ihre Nährstoffe selbst herstellen.
• Heterotrophe (z. B. Tiere) müssen diese aus ihrer Umgebung aufnehmen.

Die Ernährung vielzelliger Lebewesen ist komplex und erfordert eine Vielzahl spezialisierter Organe, da die einzelnen Zellen nicht direkt mit der Umwelt in Kontakt stehen.

Wichtige Begriffe

Ureter (Harnleiter)

Dies sind die Röhren, durch die der Urin von den Nieren zur Blase transportiert wird.

Innere Umgebung

Bei vielzelligen Tieren kann der Austausch mit der äußeren Umgebung nicht direkt erfolgen. Daher sind die Zellen von einer interstitiellen Flüssigkeit umgeben, die den Stoffaustausch ermöglicht: Sie liefert den Zellen benötigte Substanzen und nimmt Abfallprodukte auf. Die innere Umgebung ist die Gesamtheit der Flüssigkeiten, die die Zellen umgeben.

Radula (Raspelzunge)

Die Radula ist ein chitinöses Organ im Mund von Schnecken, das zum Abschaben von Blättern und Stängeln dient, um Nahrung aufzunehmen.

Muskelmagen

Eine Erweiterung des Magens bei Vögeln mit sehr muskulösen Wänden.

Deglutition (Schluckvorgang)

Die Deglutition ist der Schluckvorgang von Speisen. Dabei wird der Bolus (Nahrungsbrei) durch Anheben des weichen Gaumens und Schließen der Nasenlöcher daran gehindert, in die oberen Atemwege zu gelangen. Gleichzeitig verschließt die Epiglottis (Kehldeckel) den Kehlkopf, während der Bolus in die Speiseröhre gleitet.

Atmung

Kiemenatmung

Kiemen sind stark durchblutete, häutige Ausstülpungen, die dem Gasaustausch dienen. Man unterscheidet:

• Äußere Kiemen: Zum Beispiel bei Molchen, Salamandern, Kaulquappen und einigen Froscharten. Ihr Vorteil ist die einfache Belüftung, ihr Nachteil ist ihre Zerbrechlichkeit, da sie frei aus dem Körper ragen.
• Innere Kiemen: Bei Knorpelfischen gelangt Wasser durch Öffnungen, sogenannte Spritzlöcher, und durch fünf Paar Kiemenspalten, wo der Austausch von O₂ und CO₂ zwischen Blut und Wasser stattfindet. Bei Knochenfischen gibt es vier Paare knöcherner Kiemenbögen, die sehr vaskularisierte Kiemenblättchen tragen. Diese sind in einer Kiemenhöhle untergebracht, die durch einen Kiemendeckel (Operculum) verschlossen ist. Wenn Wasser in die Mundhöhle gelangt, schließt ein Ventil im Operculum und verhindert das Eindringen von Wasser in den Verdauungstrakt.

Tracheenatmung

Arthropoden (Gliederfüßer) besitzen ein Netzwerk aus Röhren, den Tracheen, die das Innere des Tieres durchziehen und in dünnen Tracheolen enden. Diese Tracheolen sind mit Flüssigkeit gefüllt, wo der Gasaustausch mit den Zellen stattfindet. Die Luft tritt durch Öffnungen, die Stigmen (Atemöffnungen), ein, die über den ganzen Körper verteilt sind.