Behovet for innvendige gassutvekslingsoverflater
Oksygengass er lettare tilgjengeleg på land enn i vatn, men på land har dyra ei anna utfordring: risikoen for å tørke ut. Denne risikoen blir påverka av korleis dyra løyser behovet for gassutveksling. Tynne og store overflater gir effektiv gassutveksling, men jo tynnare overflata blir, jo meir gjennomtrengjeleg er ho for vatn. Prisen å betale for effektiv gassutveksling er altså auka fordamping. Fordampinga blir mindre dersom overflata ligg beskytta inne i kroppshola. Dette er truleg den viktigaste grunnen til at mange landlevande dyr har utvikla innvendige organ for gassutveksling, til dømes lunger.
Gassutveksling hos landlevande virveldyr
Firføtingar (amfibium, krypdyr, pattedyr og fuglar) stammar frå ein fiskeart som hadde både lunger og gjeller. Gjennom evolusjonen har gjellene blitt tilbakedanna, mens lungene har blitt vidareutvikla. Amfibium har gjeller på larvestadiet, men dei fleste vaksne amfibium manglar gjeller. Krypdyr, fuglar og pattedyr har alle anlegg for gjeller på eit tidleg fosterstadium, men anlegga utviklar seg til andre strukturar i vaksne individ.
Amfibium og krypdyr
Amfibium har små og enkle lunger med ei relativt lita indre overflate. Forklaringa er at huda står for ein betydeleg del av gassutvekslinga, og at dei derfor ikkje har behov for ei stor indre overflate. Dei andre firføtingane har tjukkare hud som er ueigna for gassutveksling. Lungene til krypdyr må derfor ha eit større indre overflateareal enn lungene til amfibium.
Pattedyr
Pattedyr har eit mykje større oksygenforbruk enn krypdyr av same storleik. Dette fører mellom anna til at lungene har større overflateareal. I lungene til pattedyr skjer all gassutveksling i alveolar, som er små, blæreforma utposingar med tynne veggar. Kvar lunge har millionar av alveolar, og dei utgjer det meste av lungevolumet. Dette gir eit stort samla overflateareal for gassutveksling. Hos vaksne menneske kan det totale overflatearealet i lungene vere opp mot 100 m2, altså større enn eit klasserom.
Ei ulempe med lungene vi har sett på til no, er at lufta må transporterast inn og ut same veg. Sidan lungene aldri blir heilt tømde for luft på utpust, vil det alltid vil vere ei blanding av ny og gammal luft i alveolane. Dette problemet har fuglane løyst med lunger som er bygde opp på ein heilt annan måte.
Fuglar har einvegs transport av luft gjennom lungene
Fuglar og pattedyr har høgare oksygenforbruk enn alle andre dyr. Begge dyregrupper har utvikla effektive, men svært ulike lunger. Lungene hos fuglar består av tynne, hole røyr (parabronkiar) som er opne i begge endar. Det er i parabronkiane gassutvekslinga skjer. Parabronkiane svarer derfor til alveolane hos pattedyr. I kvar ende av lungene er det luftsekkar. Det skjer inga gassutveksling i luftsekkane, men dei bidreg til at lufta blir transportert i éi retning gjennom parabronkiane.
Fuglelunger har eit litt meir effektivt oksygenopptak enn pattedyrlunger. Før du les vidare, kan du studere figurane ovanfor og foreslå to grunnar til dette.
Kva er det som gjer at lungene til fuglar er meir effektive enn lungene til pattedyr?
Luft blir transportert i éi retning gjennom parabronkiane. Dette betyr at parabronkiane kan tømmast for gammal luft samtidig som dei blir etterfylte med ny luft. For pattedyr er situasjonen ein annan: Her vil den nye lufta som blir pusta inn, alltid blir blanda med gammal luft i lungene. Lufta i parabronkiane har derfor høgare oksygenkonsentrasjon enn lufta i alveolane.
Motstraumsprinsippet: Blodstraumen går tilnærma motsett veg av lufta i parabronkiane. Dette bidreg til å halde oppe ein konsentrasjonsforskjell mellom blod og luft gjennom heile lunga.
Trakésystemet til insekta
Mange insekt er svært aktive og har derfor eit høgt oksygenforbruk. For flygande insekt kan oksygenforbruket auke 10 til 200 gonger når dei går frå kvile til aktivitet. Insekta har eit nettverk av tynne luftrøyr (trakéar) som har forgreiningar ut til alle cellene. Sjølve gassutvekslinga skjer i dei tynnaste forgreiningane. Legg merke til at transporten av gassar dermed er uavhengig av sirkulasjonssystemet.
Gassane diffunderer inn i og ut av trakésystemet gjennom små porer i kroppsoverflata. Porene blir kalla spirakel. Dei kan opnast og lukkast, men er lukka det meste av tida.
Kva oppnår insekta med å halde spirakla lukka?
Til liks med dei fleste andre landlevande dyr har insekt behov for å spare på vatnet. Spirakla blir lukka for å hindre at vatn fordampar frå insektet.
