Wie atmen Fische unter Wasser
Wie alle Tiere benötigen auch Fische Sauerstoff. Dieser befindet sich im Wasser allerdings in gelöster Form. Um ihn herauszufiltern, haben Fische besondere Organe: die Kiemen.
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Wodurch atmen Fische unter Wasser?
Im Grunde genommen ist es ganz einfach. Atmung bedeutet nicht Luft holen, sondern Sauerstoff aufnehmen. Fische holen dazu den Sauerstoff aus dem Wasser. Dazu öffnet der Fisch sein Maul und dann fließt Wasser hinein.
Im Inneren des Fisches befinden sich die Kiemen, welche den Sauerstoff aus dem Wasser ziehen und ins Blut leiten. Das Gleiche macht die Lunge des Menschen auch.
Nachdem der Fisch den Sauerstoff aus dem Wasser gefiltert lässt, öffnet er seinen Kiemendeckel. Dieser befindet sich an der Seite. Durch diesen Kiemendeckel wird das sauerstoffarme Wasser wieder abgeleitet.
Fische sind Kiemenatmer
Kiemen sind die Atmungsorgane der Fische. Sie versorgen den Fisch mit Sauerstoff, so wie es die Lunge bei an Land lebenden Tieren tut.
Das Wort kommt aus dem Mittelhochdeutschen und bedeutet Kerbe. So sieht eine Kieme auch aus: Eine Kieme besteht aus vielen Kerben, die sich nebeneinander befinden.
An dem Kiemenbogen, dem Ausgangspunkt der Kieme, sitzen sogenannte Kiemenblättchen. Stelle dir dafür viele kleine V-förmige Papierstücke vor, die du auf einen Zahnstocher spießt, sodass zwei abstehende Flügelchen entstehen. Die Flügelchen sind die Kiemenblättchen. Der Zahnstocher ist der Kiemenbogen.
Die Kiemenblättchen sollen die Oberfläche der Kieme vergrößern. So entsteht eine Kiemenoberfläche, die bis zu 60 mal so groß ist, wie die gesamte Hautoberfläche des Fisches.
Kiemen sind sehr empfindlich. Sie sind nur mit einer dünnen Hautschicht überzogen, die sauerstoffdurchlässig ist. Daher schützen viele Fische und andere Kiemenatmer ihre Kiemen mit einem Kiemendeckel.
Eine Ausnahme bildet das Axolotl. Der Schwanzlurch besitzt ungeschützte Kiemen, die sich außerhalb seines Körpers befinden.
Die Kiemen eines Fisches sitzen in den meisten Fällen seitlich an ihrem Kopf. Kiemen können sich allerdings auch an den Beinen befinden. Bei Krebsen ist das beispielsweise so.
Wie atmen Fische durch ihre Kiemen?
Kiemen machen sich verschiedene Prinzipien zunutze. Sie sorgen durch ihre große Oberfläche dafür, dass das vorbeifließende Wasser mit möglichst viel ihrer durchlässigen Haut in Berührung kommt.
Außerdem funktioniert die Kiemenatmung besser, wenn Wasser und Blut entgegengesetzt fließen. So fließt immer sauerstoffarmes Blut nach und das Wasser ist stetig gezwungen, den in ihm gelösten Sauerstoff abzugeben.
Dieser Zwang kommt durch Diffusion zustande. Diffusion kommt aus dem Lateinischen und bedeutet „ausbreiten“. Der Begriff bezeichnet den natürlich ablaufenden Ausgleich von Konzentrationsunterschieden in Flüssigkeiten oder Gasen.
Gibst du beispielsweise einen Löffel Zucker in deinen Tee, würde der Zucker sich mit der Zeit vollständig in der Tasse verteilen. Es dauert zwar länger, aber du müsstest dafür nicht rühren. Ein anderes anschauliches Beispiel ist ein Tropfen Tinte, den du in ein Wasserglas gibst. Die Tinte wird sich langsam ausbreiten. Irgendwann ist das ganze Wasser gleichmäßig gefärbt.
Bezogen auf die Kiemen bei Fischen bedeutet das Folgendes: Sauerstoffarmes Blut trifft auf sauerstoffreiches Wasser. Da die Häute in den Kiemen durchlässig sind, wandert etwas Sauerstoff automatisch aus dem Wasser in das Blut des Fisches, bis der Druck ausgeglichen ist.
Da Blut und Wasser fließen, kommt ständig neues sauerstoffarmes Blut und sauerstoffreiches Wasser nach. Auf dieselbe Weise funktioniert die Kiemenatmung bei den Stoffwechselprodukten Kohlendioxid und Ammoniak.
Dieses Prinzip der Diffusion besteht auch in der Lunge. Trifft sauerstoffarmes Blut auf sauerstoffreiche Lungenbläschen, diffundiert auch hier Sauerstoff von der einen zur anderen Seite. Auch das Kohlendioxid entfernt dein Körper auf diese Weise aus deinem Blut.
Um es durch ihre Kiemen fließen zu lassen, atmen Fische Wasser ein und pressen es durch die Kiemen wieder hinaus. So kommt auch das ständige Öffnen und Schließen ihres Mauls zustande. Der Fisch trinkt nicht, er atmet.
Anders als Lungenatmer atmen Kiemenatmer wie Fische mit einem Zug ein und aus. Das vorbeifließende Wasser nimmt gleichzeitig Kohlendioxid auf und gibt Sauerstoff ab.
Was passiert, wenn Fische einatmen und ausatmen
Wenn der Fisch einatmet, öffnet er sein Maul und nimmt Wasser auf. Dieses Wasser wird in die Kiemen geleitet.
Was passiert dann in den Kiemen?
In den Kiemenreusen wird das Wasser gefiltert und Schmutz abfangen. Die knöchrigen Kiemenbögen dienen als Stabilisator und verbinden die Reusen mit den Kiemenblättchen.
Der Sauerstoffaustausch findet dann in den Blättchen statt, indem das sauerstoffärmere Blut zusätzlichen Sauerstoff aus dem Wasser aufnimmt und so die unterschiedlichen Konzentrationen ausgleicht.
Beim Ausatmen presst der Fisch das Wasser an den Kiemen vorbei. Er öffnet seine Kiemendeckel und presst das sauerstoffarme Wasser nach außen. Das Maul ist beim Ausatmen geschlossen.
Problem bei der Kiemenatmung
Nicht alle Fische können selbstständig Wasser durch ihre Kiemen pressen. Knorpelfische sind auf eine Strömung angewiesen. Zu ihnen gehören Haie und Rochen. Daher müssen sich diese Tiere durchgehend fortbewegen. Andernfalls würden sie ersticken.
Können Fische auch an Land atmen?
Manche Fische können an Land atmen. Die meisten sind aber darauf angewiesen, dass ihre Kiemen nass bleiben. Fehlt ihnen das Wasser, verkleben ihre Kiemenblättchen sofort, sodass ihre Oberfläche stark schrumpft.
Schon dann kann ein Fisch also nur noch sehr eingeschränkt atmen. Trocknen seine Kiemen aus, ist er schnell nicht mehr in der Lage, Sauerstoff aufzunehmen und Kohlendioxid abzugeben. Auch das Ammoniak bleibt dann in seinem Körper. Dadurch vergiftet der Fisch sich langsam selbst. Bevor er allerdings daran sterben würde, erstickt er.
Es gibt jedoch ein paar Fische, die länger an Land überleben können. Aale legen beispielsweise kurze Strecken über Land zurück. In dieser Zeit atmen sie über ihre Haut. So schaffen es übrigens auch Wasserschildkröten, längere Zeit unter Wasser zu bleiben. Sie besitzen stark durchblutete Schleimhäute in der Anusregion. Darüber geben sie Kohlendioxid ab und nehmen Sauerstoff aus dem Meerwasser auf.
Schlammspringer sind Fische, die einen Großteil ihres Lebens an Land verbringen. Dennoch haben sie, wie alle Fische, Kiemen. Sie ersticken trotzdem nicht, weil sie in ihrem Kiemen einen Vorrat an sauerstoffreichem Wasser mit sich herumtragen.
Dafür verschließen sie ihre Kiemen von außen mit ihrem Kiemendeckel. Das Wasser in ihrem Inneren umspült ihre Kiemenblättchen weiterhin. Ist der Sauerstoffvorrat aufgebraucht, tauscht der Schlammspringer das Wasser aus.
Warum können Menschen den Sauerstoff aus dem Wasser nicht atmen?
Bei den Fischen klingt es so leicht. Menschen können unter Wasser trotzdem nicht atmen.
Der Sauerstoff im Wasser ist fest an den Wasserstoff gebunden. Unsere Lungen können diese Verbindung nur schwer lösen. Außerdem ist Wasser schwerer als Luft. Wenn wir Wasser einatmen, bekommen wir es also kaum wieder aus unseren Lungen heraus.
Das nächste Problem ist, dass Wasser viel weniger Sauerstoff enthält als Luft. Ein Atemzug unter Wasser würde unseren Sauerstoffbedarf also nicht so decken wie einer an Land. Fische benötigen nicht so viel Sauerstoff, da sie Kaltblüter sind.
Menschen und alle anderen warmblütigen Tiere verbrauchen eine Menge Energie, um ihre Körpertemperatur zu halten. Diesen Bedarf haben Fische nicht. Auch diese sparsame Lebensweise ermöglicht den Fischen also ihr Leben unter Wasser.
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