Behovet for innvendige gassutvekslingsoverflater
Oksygengass er lettere tilgjengelig på land enn i vann, men på land har dyrene en annen utfordring: risikoen for å tørke ut. Den påvirkes av hvordan dyrene løser behovet for gassutveksling. Tynne og store overflater gir effektiv gassutveksling, men jo tynnere overflaten blir, jo mer gjennomtrengelig er den for vann. Prisen å betale for effektiv gassutveksling er altså økt fordamping. Fordampingen blir mindre dersom overflaten ligger beskyttet inne i kroppshulen. Dette er antakelig den viktigste grunnen til at mange landlevende dyr har utviklet innvendige organer for gassutveksling, for eksempel lunger.
Gassutveksling hos landlevende virveldyr
Firfotinger (amfibier, krypdyr, pattedyr og fugler) stammer fra en fiskeart som hadde både lunger og gjeller. Gjennom evolusjonen har gjellene blitt tilbakedannet, mens lungene har blitt videreutviklet. Amfibier har gjeller på larvestadiet, men de fleste voksne amfibier mangler gjeller. Krypdyr, fugler og pattedyr har alle anlegg for gjeller på et tidlig fosterstadium, men anleggene utvikler seg til andre strukturer i voksne individer.
Amfibier og krypdyr
Amfibier har små og enkle lunger med en relativt liten indre overflate. Forklaringen er at huden står for en betydelig del av gassutvekslingen, og at de derfor ikke har behov for en stor indre overflate. De andre firfotingene har tykkere hud som er uegnet for gassutveksling. Lungene til krypdyr må derfor ha et større indre overflateareal enn lungene til amfibier.
Pattedyr
Pattedyr har et mye større oksygenforbruk enn krypdyr av samme størrelse. Dette fører blant annet til at lungene har større overflateareal. I lungene til pattedyr skjer all gassutveksling i alveoler, som er små, blæreformede utposninger med tynne vegger. Hver lunge har millioner av alveoler, og de utgjør det meste av lungevolumet. Dette gir et stort samlet overflateareal for gassutveksling. Hos voksne mennesker kan det totale overflatearealet i lungene være opp mot 100 m2, altså større enn et klasserom.
En ulempe med lungene vi har sett på til nå, er at lufta må transporteres inn og ut samme vei. Siden lungene aldri tømmes helt for luft på utpust, vil det alltid vil være en blanding av ny og gammel luft i alveolene. Dette problemet har fuglene løst med lunger som er bygd opp på en helt annen måte.
Fugler har enveis transport av luft gjennom lungene
Fugler og pattedyr har høyere oksygenforbruk enn alle andre dyr. Begge dyregrupper har utviklet effektive, men svært ulike lunger. Lungene hos fugler består av tynne, hule rør (parabronkier) som er åpne i begge ender. Det er i parabronkiene gassutvekslingen skjer. Parabronkiene tilsvarer derfor alveolene hos pattedyr. I hver ende av lungene er det luftsekker. Det skjer ingen gassutveksling i luftsekkene, men de bidrar til at lufta transporteres i én retning gjennom parabronkiene.
Fuglelunger har et noe mer effektivt oksygenopptak enn pattedyrlunger. Før du leser videre, kan du studere figurene ovenfor og foreslå to grunner til dette.
Hva er det som gjør at lungene til fugler er mer effektive enn lungene til pattedyr?
Luft transporteres i én retning gjennom parabronkiene. Dette betyr at parabronkiene kan tømmes for gammel luft samtidig som de etterfylles med ny luft. For pattedyr er situasjonen en annen: Her vil den nye lufta som pustes inn, alltid blandes med gammel luft i lungene. Lufta i parabronkiene har derfor høyere oksygenkonsentrasjon enn lufta i alveolene.
Motstrømsprinsippet: Blodstrømmen går tilnærmet motsatt vei av lufta i parabronkiene. Dette bidrar til å opprettholde en konsentrasjonsforskjell mellom blod og luft gjennom hele lungen.
Insektenes trakésystem
Mange insekter er svært aktive og har derfor et høyt oksygenforbruk. For flygende insekter kan oksygenforbruket øke 10 til 200 ganger når de går fra hvile til aktivitet. Insektene har et nettverk av tynne luftrør (trakéer) som har forgreininger ut til alle cellene. Selve gassutvekslingen skjer i de tynneste forgreiningene. Legg merke til at transporten av gasser dermed er uavhengig av sirkulasjonssystemet.
Gassene diffunderer inn i og ut av trakésystemet gjennom små porer i kroppsoverflaten. Porene kalles spirakler. De kan åpnes og lukkes, men er lukket det meste av tida.
Hva oppnår insektene med å holde spiraklene lukket?
I likhet med de fleste andre landlevende dyr har insekter behov for å spare på vannet. Spiraklene lukkes for å hindre at vann fordamper fra insektet.
