Wieso können Fische nur mit dem Gegenstromprinzip atmen?

4 Antworten

Hej jossale,

damit Du die Konsequenzen der Umkehrung des Gegenstrom- in das Gleichstromprinzip bei der Atmung der Fische besser verstehst, erläuterte ich Dir kurz die wesentlichen Vorgänge, die bei der Fischatmung ablaufen.

Das, was ich nachfolgend beschreibe, gilt im Idealfall, d. h. für Wasser, das eine ausreichend hohe Sauerstoffkonzentration hat.

Unter dem folgenden Link, auf den @FragaAntworta hinwies, siehst den Weg, den das "Atemwasser" vom Eintritt durch das Fischmaul bis zum Austritt hinter den Kiemen zurücklegt.

lernspass-fuer-kinder.de/aktuell/loadContent/460/AktuellesBeitragPage

In Abb. 2 des nächsten Linkes wird im Detail dargestellt, wie dieses Wasser (blaue Pfeile) an den Kiemenblättchen vorbeiströmt.

planet-schule.de/fileadmin/dammedia/swr/totalphaenomenal/pdfdoc/tp02c.pdf

Die weißen Pfeile stellen den Weg des durch diese Blättchen strömenden Blutes dar. Diese Strömungsrichtung verläuft entgegen der des "Atemwassers" (= Gegenstrom).

Bei seinem Eintritt durch das Fischmaul ist das Atemwasser noch relativ sauerstoffreich, gibt aber auf seinem Weg bis zum Austritt hinter den Kiemen permanent Sauerstoff an das vorbeiströmende sauerstoffärmere Blut ab. D. h. am Austrittspunkt hinter den Kiemen ist die Sauerstoffkonzentration dieses Wassers am geringsten.

Genau dort trifft das aus dem Körper kommende noch sauerstoffärmere Blut auf das Atemwasser mit seiner Restsauerstoffkonzentration, die aber im Wasser noch höher als im Blut ist (= unser Idealfall). Es kommt also zum Gasaustausch.

Während das Blut nun weiterströmt, streicht permanent immer sauerstoffreicheres Atemwasser an ihm vorbei, so dass auch weiterhin Sauerstoff aus dem Wasser aufgenommen wird. Wenn das Blut dann wieder in den Körper strömt, hat es einen wesentlich höheren Sauerstoffpartialdruck als das ausgeatmete Wasser; dieser kann nahe dem des eingeatmeten Wassers liegen.

Wenn ein Fisch seinen Organsimus auf das Gleichstromprinzip umstellen könnte und wollte, müsste er einen der beiden folgenden Wege gehen:

  • Umkehrung des Atemwasserstromes, also Aufnahme über die Kiemen und Abgabe aus dem Maul oder

  • Umkehrung des Blutstromes.

In beiden Fällen wäre die Konsequenz, dass das sauerstoffarme Blut zunächst auf frisches, sauerstoffreiches Atemwasser trifft. Während das Blut und das Wasser parallel strömen, erreichen die Sauerstoffpartialdrücke ein Gleichgewicht, das zwischen dem am Eintritt und dem am Austritt liegt. Der Sauerstoffpartialdruck des Blutes, dass schließlich wieder in den Körper fließt, kann in diesem Fall nicht über dem des ausgeatmeten Wassers liegen.

Das bedeutet, dass ein Fisch, der im Gleichstromprinzip atmen würde, aus einem Wasserkörper mit einer bestimmten Sauerstoffkonzentration weniger Sauerstoff aufnehmen würde als bei einem vergleichbaren Atmungsschritt im Gegenstromprinzip.

Das wiederum würde erfordern, dass dieser "Gleichstrom-Fisch" unter zusätzlichem Energieaufwand seine Atemintensität erhöhen müsste, um die gleiche Sauerstoffmenge aufzunehmen wie im Gegenstromprinzip. Ansonsten käme er in eine Sauerstoffmangelsituation, die wiederum tödlich für ihn ausgehen könnte.

Wenn wir nun unseren Idealfall einer ausreichenden Sauerstoffkonzentration des umgebend Wassers verlassen und uns vorstellen, dass dieser Fisch sich unglücklicherweise an einem schönen Junitag mit hohen Wassertemperaturen im Hamburger Hafen aufhält, so wird er dort aufgrund des alljährlich auftretenden Sauerstoffloches mit deutlich weniger als 5 mg Sauerstoff/l ein ernsthaftes und sicherlich nicht zu bewältigendes Problem bekommen, da gleichzeitig sein Sauerstoffbedarf aufgrund der hohen Temperatur größer als z. B. im Winter ist.

Den von @Salty1 genannten hypothetischen Rückstoßeffekt könnte ein Fisch schon durch eine Veränderung seiner Flossenstellung, ein langsames Gegenanschwimmen oder eine Drehung in einer Strömung ausgleichen.

Liebe Grüße

Achim

Hätten sie ein Gleichstromprinzip, dann würde das Wasser nicht von vorne sondern von hinten (aus Sicht des Kopfs) in die Kiemen einfließen und das Wasser würde über den Mund abgeben, was ziemlich unpraktisch wäre und daher hat die Natur es beim Gegenstromprinzip belassen. Die Fische atmen das Wasser ein und stoßen es über die Kiemen wieder ab, was auch einen wenn auch geringen Geschwindigkeitsschub beim schwimmen gibt (der bei einem Gleichstromprinzip, dazu führen würde das der Fisch rückwärts immer wieder rückwärts schwimmt und nicht sehen kann wohin, außerdem wäre das eine größere Belastung für die Muskulatur die diesen Effekt dann ausgleichen müsste). Einige Arten haben den Wasserausstoß so perfektioniert das sie einen Art aquatischen Düsenantrieb haben, welchen sie vor allem bei Gefahr nutzen.

LG Salty1

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