Kiemen - die Atmung der Fische einfach erklärt

Atmung im Wasser - Kiemen ermöglichen es

• Im Gegensatz zu auf dem Land lebenden Tieren (inklusive der Menschen) müssen ständig im Wasser lebende Tiere, den für die Atmung benötigten Sauerstoff dem Wasser entziehen. 
• Fische als typische Wassertiere, aber auch Krebse und viele im Wasser lebende Würmern, haben dafür Kiemen.
• Dabei handelt es sich um Ausstülpungen der Körperoberfläche (im Gegensatz zu Lungen), die ihrerseits eine große Oberfläche haben und reichlich über Blutgefäße verfügen. Die Form ähnelt oft Blättern, Fäden oder Büscheln.
• Allerdings liegen diese Kiemen geschützt unter Hautfalten. Bei Forellen können Sie die Kiemen finden, wenn Sie die sogenannten Bäckchen seitlich am Kopf unter dem nach hinten offenen Kiemendeckel herausnehmen.
• Der Transport des im Wasser gelösten Sauerstoffs in den Kiemen erfolgt durch reine Diffusion in den vorliegenden Blutkreislauf.
• Der physikalischen Diffusion liegt ein Konzentrationsgefälle zugrunde, das ausgeglichen wird - so wie Gase eben jeden zur Verfügung stehenden Raum nach endlicher Zeit ausfüllen.

Wasser als Atemmedium - Kiemen arbeiten optimal

Tatsächlich hat Wasser als Atemmedium sowohl Vor- als auch Nachteile.

• Einerseits hält es die Kiemen feucht - eine Vorbedingung für ihr reibungsloses Wirken.
• Andererseits ist die Menge an gelösten Sauerstoff (im Vergleich zur Atemluft) relativ gering. Tatsächlich beträgt der Sauerstoffgehalt gerade einmal 1 Volumenprozent. Daher muss das Atmungsvolumen, also die an den Kiemen vorbeitransportierte Wassermenge möglichst groß sein.
• Und zusätzlich ist die Diffusionsgeschwindigkeit, auf der die Kiemenatmung ja beruht, für Sauerstoff klein.
• Aber gerade für diesen eigentlich problematischen Fall arbeiten Kiemen optimal: Um dem Wasser genügend Sauerstoff entnehmen zu können, sind sie bei allen Wassertieren sehr dünnhäutig und verfügen über Verzweigungen und Verästelungen, sodass immer eine große Oberfläche vom sauerstoffhaltigen Wasser umspült wird.
• Zusätzlich wird das Wasser von den Fischen auch noch aktiv ventiliert. Darunter versteht man, dass die Fische selbst dafür sorgen, dass das Strömen des Atemmediums, also des Wassers, verstärkt wird (Stichwort: Bäckchen der Forelle, ein dort aktiver Muskel). Hierfür pumpen Sie das Wasser aktiv durch das Maul (das Öffnen ist zu beobachten) über die Kiemen und (bei geschlossenem Mund) zum Kiemendeckel wieder hinaus.
• Zudem ist der Blutstrom dem Wasserstrom entgegen gerichtet, sodass der Sauerstoff besonders effektiv aufgenommen werden kann. Dieses wird als Gegenstromprinzip bezeichnet, bei dem bereits teilweise mit Sauerstoff beladenes Blut weiteres sauerstoffreiches Wasser entgegen kommt, sodass das Blut noch mehr Sauerstoff aufnehmen kann. Hierdurch wird auch ausgeglichen, dass die Diffusionsgeschwindigkeit des Sauerstoffs so klein ist.