Gassutveksling i vatn
Vatn har lågare oksygeninnhald enn luft, og diffusjonshastigheita er lågare. Det betyr at det er lettare for organismane å ta opp oksygen frå luft enn frå vatn. Likevel døyr dei fleste fiskar av oksygenmangel dersom dei blir liggjande på land. Kva kan dette kome av? Før vi kjem tilbake til dette, skal vi sjå nærare på kva gjeller er.
Dei fleste vasslevande dyr over ein viss storleik har utvikla gjeller for gassutveksling. Gjeller er spesialiserte overflater for gassutveksling som sit på "utsida" av dyret – i motsetnad til lunger, som er spesialiserte overflater som sit på "innsida".
Kvifor er utvendig plassering det mest føremålstenlege i eit vassmiljø? Det er fordi tettleiken til vatnet krev einvegs ventilering. Det ville rett og slett vore for energikrevjande å "puste" vatn inn i og ut av lunger. Einvegs ventilering er berre mogleg dersom overflata er på "utsida".
Mange virvellause dyr har ytre gjeller som er i direkte kontakt med vatnet. For å skifte ut vatnet lagar dyra ein vasstraum rundt gjellene, anten ved eigenbevegelse eller ved rytmiske slag av små ciliar som trekkjer vatnet forbi gjellene.
Alle fiskar har indre gjeller. Hos beinfiskar er gjellene beskytta av gjellelok. Vatn blir teke opp gjennom munnen for å skape ein vasstraum forbi gjellene. Mange beinfiskar fører vatnet over gjellene med ein pumpemekanisme som blir skapt gjennom vekselvis bevegelse av kjevar og gjellelok.
Ei hovudutfordring for vasslevande dyr er at mengda oksygen er mykje mindre i vatn enn i luft. 1 liter luft inneheld 210 ml oksygen, mens 1 liter vatn inneheld mindre enn 10 ml oksygen. I tillegg er diffusjonshastigheita mykje lågare i vatn enn i luft. Korleis må gjellene vere utforma for å løyse denne utfordringa? Hugs at organismar i hovudsak kan effektivisere gassutvekslinga på tre måtar: redusere diffusjonsavstanden, auke overflatearealet og halde oppe ein stor konsentrasjonsforskjell. I gjellene er avstanden mellom vatn og blod svært kort. I tillegg har gjellelamellane ei svært stor samla overflate. Kva så med konsentrasjonsforskjellen mellom blod og vatn? Gjellene gjer bruk av eit viktig fysiologisk prinsipp for at konsentrasjonsforskjellen mellom blod og vatn skal haldast oppe, nemleg motstraumsprinsippet.
Motstraumsprinsippet
Motstraumsprinsippet i gassutveksling går ut på at blod og vatn strøymer i kvar si retning i gjellene. Blodet tek opp oksygen frå vatnet ved diffusjon. Sidan straumen av blod og vatn går i kvar si retning, vil blodet heile tida møte vatn som har litt høgare konsentrasjon av oksygen. Derfor vil oksygen diffundere til blodet langs heile overflata.
Før du les vidare, kan du prøve å svare på spørsmålet i figuren under.
Kva ville skjedd dersom blod og vatn strøymde i same retning?
Konsentrasjonsforskjellen mellom blod og vatn ville blitt utlikna, og diffusjonen ville dermed stoppa opp. Konsekvensen av dette er at mindre oksygen ville blitt teke opp i blodet.
Ved hjelp av motstraumsprinsippet kan opp mot 80 % av det tilgjengelege oksygenet overførast frå vatn til blod. Effekten av motstraumsprinsippet hos fiskar kan illustrerast ved at pattedyr berre tek opp 20–25 prosent av det oksygenet som er tilgjengeleg i lufta.
Luft har høgare oksygeninnhald enn vatn, og diffusjonshastigheita er høgare. Trass i dette døyr dei fleste fiskar av oksygenmangel dersom dei blir liggjande på land. Kva er årsaka til dette? Vi finn forklaringa når vi ser på den tredje viktige forskjellen mellom luft og vatn: tettleiken. Tettleiken til vatn gir oppdrift som held gjellefilamenta og dei tynne lamellane oppreiste og skilde. Utan denne oppdrifta fell filamenta og lamellane mot kvarandre og klistrar seg saman, slik biletet under viser. Kan du forklare kvifor dette gjer at oksygenopptaket blir redusert? (Hint: overflateareal).
