In – Uit: Ademen onder water

Duiken is een fantastische hobby. We verdwijnen onder water en zien vissen zwemmen, slakken en krabben rondwandelen en schelpdieren op de bodem zitten. Toch is het niet altijd even makkelijk. We moeten een fles volproppen met lucht en meenemen om onder water te kunnen ademen. Na een tijdje is de lucht op en zijn we verplicht om weer uit het water te komen en onze flessenset over de dijk terug naar de auto te sjouwen. De vissen, slakken en schelpdieren hebben geen behoefte om het water uit te komen. Voor de meeste zeedieren is het zelfs dodelijk. Voedsel en zuurstof halen ze uit het water. Vissen hebben kieuwen voor hun zuurstofvoorziening. Veel naaktslakken hebben een kransje op hun rug staan voor het uitwisselen van zuurstof, huisjesslakken hebben soms een long en hoe zit het met krabben en kreeften? En de kokerjuffers of libellenlarven in het zoete water? Hoe ademen die eigenlijk?

Heel veel zeedieren ademen door kieuwen. Vissen zijn niet de enige groep dieren met kieuwen; kreeftachtigen en tweekleppigen hebben ze ook. Bij kieuwen komt het water via een opening binnen. Bij vissen is dat de bek, bij tweekleppigen de instroomopening. Als een vis de bek opent, wordt water aangezogen. Bij het sluiten van de bek wordt de druk hoger en perst de vis het water door de kieuwen. Aan de buitenkant van de vis zien we het kieuwdeksel. Achter dit kieuwdeksel bevinden zich de kieuwbogen waartussen de kieuwspleten liggen. Elke kieuwboog draagt een groot aantal kieuwplaatjes. Op deze kieuwplaatjes zit weer een groot aantal kleinere kieuwplaatjes. Door deze secundaire kieuwplaatjes lopen allemaal kleine kanaaltjes. Water wordt vanuit de kieuwholte door de kieuwspleten geperst en stroomt door de kanaaltjes. Hier komt het zuurstofrijke water in nauw contact met het zuurstofarme bloed van de vis. Door diffusie[1] vindt hier gasuitwisseling plaats: zuurstof wordt opgenomen doordat de zuurstofmoleculen zich verplaatsen naar het zuurstofarmere bloed. De CO₂ wordt afgegeven: die diffundeert naar het CO₂-armere water. Omdat kieuwen zijn gebouwd voor de uitwisseling van gassen tussen vloeistoffen zal een vis op het droge stikken. De kieuwplaatjes plakken op het droge aan elkaar. Verder vinden we aan de binnenkant van de kieuwen nog de kieuwzeven. Die zorgen ervoor dat de kieuwen niet beschadigd worden door voedseldeeltjes en vuil. Bij plankton-etende vissen zijn de kieuwzeven zeer fijn omdat ze bij deze vissen ook het voedsel opvangen.

Tegenstroom

In de kieuwen stroomt het zuurstofrijke water in de tegenovergestelde richting van het zuurstofarme bloed. Daarmee wordt de grootst mogelijke gasuitwisseling bereikt. Dit heet het “tegenstroomprincipe” en het werkt ongeveer zo: als twee vloeistoffen met opgeloste stoffen – in dit geval CO₂ en zuurstof – in dezelfde richting langs elkaar stromen, vindt er toe- of afname plaats van de opgeloste gassen tot ze in gelijke mate over de vloeistoffen zijn verdeeld. In het begin is het verschil in concentratie van de gassen heel hoog en er wordt optimaal gas uitgewisseld. Maar dit verschil wordt steeds kleiner tot er uiteindelijk maximaal 50 procent van de CO₂ en 50 procent van de zuurstof in beide gassen zit. Een slecht rendement. Bij het tegenstroomprincipe is er op elk moment een concentratieverschil. Het water met de hoogste concentratie zuurstof bevindt zich daar waar al veel zuurstof in het bloed opgenomen is. De laagste concentratie zuurstof in het water bevindt zich daar waar het zuurstofarme bloed van de vis begint aan de uitwisseling. Het water en het bloed zijn al een tijdje bezig met de gasuitwisseling maar omdat zich hier de laagste concentratie zuurstof in het bloed bevindt, zit er nog altijd meer zuurstof in het water dan in het bloed. Dit levert bijna 100 procent uitwisseling van de gassen op – de vis is de zuurstofvoorraad als het ware de hele tijd aan het optoppen. Omdat diffusie van gassen een relatief langzaam proces is, moet de vis constant ademen. Alle onderwaterdieren ademen op deze manier: door diffusie. De zoogdieren hebben longen en moeten om de zoveel tijd naar boven om lucht te halen. Ook bij zoogdieren werkt de zuurstofopname door middel van diffusie. Longen zijn gemaakt om zuurstof te transporteren vanuit een gas (lucht) naar een vloeibaar medium (bloed). Dat is de reden waarom zoogdieren geen zuurstof uit het water kunnen halen.

De staafwants heeft een hele lange ademhalingsbuis die naar de oppervlakte gaat.

Kreeftachtigen hebben ook kieuwen, maar deze zijn niet te zien omdat ze aan de zijkanten onder het rugschild liggen. Zoals eerder aangegeven moeten kieuwen vochtig blijven om goed te blijven functioneren. Krabben kunnen het daarom wel een tijd uithouden boven water maar vroeg of laat moeten ze het water weer opzoeken. Kreeftachtigen die op het land leven, zoals pissebedden, hebben minimaal een vochtige omgeving nodig om te kunnen overleven. Zij moeten alleen hun kieuwen vochtig houden. Van de tweekleppigen zijn vaak de in- en uitstroomopening goed te zien onder water. Via de instroomopening wordt water aangevoerd. Het water wordt door trilhaartjes over de kieuwen verplaatst waar de voedseldeeltjes en de zuurstof eruit worden gehaald. De voedseldeeltjes worden verplaatst naar de maag en de zuurstof verbruikt. De onverteerbare delen en de CO₂ worden via de uitstroomopening weer afgegeven aan het water. De onverteerbare deeltjes zijn te zien als een bruin sliertje bij de mossel. De kieuwen van tweekleppigen zijn niet te zien omdat ze tussen de schelphelften liggen. De enige dieren waar we de kieuw goed kunnen zien, zijn de naaktslakken. Die hebben de kieuwen als een pluizig bosje op het achterlijf staan. Huisjesslakken hebben soms een kieuw en soms een long. Longslakken (Pulmonata) hangen weleens omgekeerd tegen de oppervlakte waar ze zuurstof uit de lucht halen.

Lange buis

Als er genoeg zuurstof in het water zit, kunnen longslakken ook zuurstof opnemen via de huid. Er zijn meer dieren die hun zuurstofbehoefte via de huid binnenhalen. Voorwaarde is dat de oppervlakte waarop huidademhaling kan plaatsvinden groot genoeg is. Platwormen en bloedzuigers kunnen op deze manier in hun zuurstofbehoefte voorzien. Maar ook meer alledaagse dieren zoals salamanders en kikkers kunnen gebruik maken van huidademhaling; een van de redenen waarom kikkers ’s winters niet boven water hoeven te komen. In en onder water leven insecten. De meeste alleen als ze nog een larve zijn. Van een aantal kevers en zelfs een spin leven ook de volwassen dieren gedeeltelijk onder water. Schietmotten, libellen en waterjuffers brengen als larve zelfs het grootste gedeelte van hun leven onder water door. Als larve hebben deze insecten een soort kieuwen zodat ze niet constant naar de oppervlakte hoeven om aan zuurstof te komen. Ze hebben zogeheten “tracheeën”. Dit zijn minuscuul kleine buisjes waar gasuitwisseling plaatsvindt, ook weer door middel van diffusie. De zuurstof komt via deze buisjes binnen en via steeds dunner wordende vertakkingen komt de zuurstof uiteindelijk in de cellen. Bij sommige insecten zijn de tracheeën afgesloten met een membraam. Dat is een dun vlies dat water buiten houdt maar zuurstof doorlaat. Waterjuffers en kokerjuffers hebben tracheekieuwen. Bij de waterjuffers zijn ze zichtbaar als drie “blaadjes” op het achterlijf. Bij de kokerjuffer zijn de kieuwen niet zichtbaar, deze zitten in het kokertje. Sommige insecten hebben weer een andere oplossing gevonden. De staafwants bijvoorbeeld, heeft een hele lange ademhalingsbuis die naar de oppervlakte gaat.

De meeste kevers en de duikerklokspin (Argyroneta aquatica) zijn niet echt onderwaterdieren. Zij moeten naar boven om adem te halen. Meestal nemen ze een luchtbel mee onder water. Zodra de zuurstof is verbruikt, moeten ze weer naar boven om een nieuwe luchtbel te halen. Wel diffundeert zuurstof vanuit het water naar de luchtbel als de zuurstof uit de luchtbel verbruikt wordt. Sommige kevers lijken wel altijd onder water te leven maar zij gebruiken de zuurstofbelletjes die door waterplanten geproduceerd worden. Zij maken dus gebruik van een luchtvoorraad onder water die ze moeten aanvullen als hij op is. Net als duikers, al hoeven ze niet de dijk over te sjouwen om te gaan vullen…

[1] Diffusie is een proces waarbij opgeloste stoffen in een waterig milieu zich verplaatsen (diffunderen) van een gebied met een hoge concentratie opgeloste stoffen naar een gebied met een lage concentratie opgeloste stoffen.