Ademhalen — hoe vogels en insekten het doen

U DOET het ongeveer 23.040 maal per dag en toch bent u het zich nauwelijks bewust. Wat het is? Ademhalen. Uw ademhalingsstelsel is zo prachtig ontworpen en functioneert zo doelmatig dat u nauwelijks opmerkt dat u op dit moment alweer ademt.

Maar wanneer u op de top van een hoge berg zou staan, waar de lucht zoveel ijler is, zou het ademen niet zo gemakkelijk gaan, niet waar? En als u enige tijd onder water zou zwemmen, zou u zich ook al heel gauw bewust zijn van de noodzaak van een nieuwe teug lucht. Toch kunnen vogels op grote hoogte vliegen zonder dat ze enige moeite hebben met ademen. En er zijn insekten die, hoewel ze van de atmosfeer afhankelijk zijn voor zuurstof, toch onder water kunnen ademhalen. Hoe doen zij dit? Wanneer wij eens wat nauwkeuriger bekijken hoe vogels en insekten ademen, ontdekken wij een intelligentie en ontwerp die beslist opmerkelijk zijn.

Ademhaling bij vogels

Ieder die wel eens in een vliegtuig heeft gevlogen, beseft dat twee belangrijke factoren het vliegen mogelijk maken — een lichte constructie en een overvloed aan brandstof. Het ontwerp van het ademhalingsstelsel van vogels voorziet in beide behoeften.

Ten behoeve van activiteit die veel energie vraagt, wordt veel zuurstof opgebrand. De mens maakt zijn tekort aan zuurstof goed door dieper en sneller te gaan ademen. Op grote hoogten is de mens gedwongen zijn tempo te verlagen en vaak te rusten om zijn lichaam de tijd te gunnen het zuurstofgehalte in het bloed weer op peil te brengen. Stel u eens voor dat een vogel onder het vliegen met dezelfde problemen te kampen had! Maar het ademhalingsstelsel van de vogel zal hem niet in verlegenheid brengen, en zelfs als u hem op een hoogte van zo’n 6000 meter aantreft, vertoont hij geen spoor van ademnood. Zijn ogen puilen niet uit, zijn gezicht is niet bleek en hij hijgt niet eens. Hoe doet hij dit toch?

Wel, zijn ademhalingsapparaat is zo ontworpen dat de opname van zuurstof veel doeltreffender verloopt. Bij de mens zijn de longen een soort zakken of blaasbalgen die zich vullen en legen. Dat is niet het geval met de longen van een vogel. Ze zijn uniek. De lucht komt de long op de normale manier, van voren, binnen. Maar dan gaat de lucht door de hele long heen en verlaat die door verscheidene dunwandige luchtzakjes in de borst en de buikholte. (Zie de illustratie.) In 1758 deed een zekere John Hunter een heel verrassende ontdekking. Hij ontdekte dat een vogel met een geblokkeerde luchtpijp en een gebroken bot in de vleugel toch nog kon ademen. Hoe was dit mogelijk?

De beenderen van een vogel bevatten geen merg; ze zijn hol en er zit lucht in. De holle ruimten in de beenderen staan in verbinding met de luchtzakken die op hun beurt weer met de longen verbonden zijn. Toen de luchtpijp van de vogel afgesloten was, ging de lucht dus de longen in en uit via het gebroken holle bot in de vleugel. Wat een vernuftige manier om tegelijk het probleem van het gewicht en van de brandstof op te lossen — brandstoftanks in het geraamte! Maar hoe staat het met de meegenomen hoeveelheid brandstof?

Wat er in werkelijkheid aan brandstof wordt meegenomen, is minimaal. De vogel tankt zijn brandstof, of zuurstof, onderweg — in de lucht! De lucht die door al die zakken en doorgangen stroomt, komt in aanraking met een groot weefseloppervlak, waardoor een grotere absorptie van zuurstof mogelijk is voordat de lucht weer wordt uitgeademd. Het vliegen op grote hoogte is echter een bezigheid die veel energie vraagt. De brandstof dient zo efficiënt mogelijk gebruikt te worden. Daarom wordt in het ademhalingsstelsel van de vogel gebruik gemaakt van een tegenstroomprincipe. Dit stelt de vogel in staat om op heel eenvoudige wijze snel en efficiënt zuurstof aan de lucht te onttrekken.

In de longen van de vogel naderen de lucht en het bloed elkaar uit verschillende richtingen. Terwijl de lucht door de longen stroomt, geeft ze steeds meer zuurstof aan het bloed af, en kan het bloed ook voortdurend meer zuurstof opnemen. Met andere woorden gezegd, het „dorstige” aderlijke bloed komt eerst lucht tegen die nog maar weinig zuurstof, een paar „druppels” als het ware, overheeft. Het „dorstige” bloed slorpt dit op en gaat verder naar de „nattere” lucht waarin zich meer zuurstof bevindt. Inmiddels is het bloed niet zo „dorstig” meer en zuigt het steeds minder zuurstof op. Het uiteindelijke resultaat van dit opmerkelijke proces is een uitermate efficiënte opname van zuurstof uit de lucht. En dat is precies wat de vogel nodig heeft om op grote hoogten te kunnen vliegen!

Het ademhalen bij insekten

Hebt u ooit nagedacht over de mogelijkheid van een mier ter grootte van een olifant? Stel u voor over welk een kracht het dier zou beschikken! Een mier kan tweemaal zijn eigen gewicht torsen. En hoewel insekten klein zijn (de grootste, de Atlasvlinder, meet slechts 25 à 30 centimeter van vleugeltop tot vleugeltop), hebben ze een enorme eetlust. In de Amerikaanse staat North Dakota hebben sprinkhanen in slechts één jaar voor $1.714.000 schade aangericht aan gewassen en gronden waarop men vee liet weiden! Wat zou de schade zijn geweest als de sprinkhanen de grootte van paarden hadden gehad?

Wel, er bestaat geen reden voor bezorgdheid. Het ademhalingsstelsel zorgt ervoor dat het insekt kort gehouden wordt — letterlijk! Volgens de Scientific American zit in het ademhalingsstelsel van het insekt, door het tijdschrift „een welhaast ongelooflijk verfijnd staaltje van biologische bouwkunde” genoemd, een ingebouwde grootte-beperkende factor! Zoals het ademhalingssysteem van de vogel ideaal is voor vliegen, zo is dit stelsel bij het insekt ideaal afgestemd op zijn levenswijze. Hoe dat zo?

Insekten zijn kleine energiebedrijfjes. Voor hun grootte leveren ze werkelijk herculische prestaties. Hun behoefte aan zuurstof is dus erg hoog. Insekten hebben echter geen longen. Niettemin is het zeer twijfelachtig dat u ooit een insekt zult tegenkomen dat buiten adem is! Waarom? Omdat zij een ademhalingsstelsel bezitten dat is ontworpen om het hoofd te kunnen bieden aan een onbeperkte vraag.

Gedurende het embryonale stadium stulpt de huid van een insekt op vele plaatsen naar binnen en vormt holle buisjes die met de buitenlucht in verbinding staan. Deze buisjes groeien steeds dieper het lichaam van het insekt in en vertakken zich vele malen, waarbij de vertakkingen steeds dunner worden. Uiteindelijk is de situatie zo dat een of meer van deze buisjes in contact komen met iedere cel. Zo heeft dus iedere cel een directe verbinding met de buitenlucht, zodat zuurstof rechtstreeks beschikbaar is zonder eerst door een bloedsomloopsysteem getransporteerd te hoeven worden. En dat is precies wat het insekt nodig heeft om zijn veel energie vergende activiteiten te kunnen blijven uitvoeren.

Maar met een systeem van luchtbuizen om door te ademen, doet zich het probleem voor dat er een tweerichtingsverkeer moet kunnen bestaan — de inkomende zuurstof en de uitgaande kooldioxide. De buisjes in het insekt kunnen de zuurstof naar binnen brengen, maar wat gebeurt er met de kooldioxide? Wel, in tegenstelling tot zuurstof kan kooldioxide veel gemakkelijker door het weefsel diffunderen. De kooldioxide probeert dus niet via de buisjes naar buiten te komen, maar in plaats daarvan verlaat ze het insekt door zijn huid.

Hoewel ze afhankelijk zijn van de atmosfeer voor hun aanvoer van zuurstof, leven de larven van sommige insekten onder water. Hoe kunnen ze daar ademen? Sommige steken een „snorkel” omhoog — soms compleet met een klep voor het geval dat het water te ruw wordt en dreigt de buis binnen te golven. Andere leven in een „duikersklok”, dat wil zeggen een bel lucht. Natuurlijk moet de zuurstof in de luchtbel vervangen worden naarmate ze die verbruiken. Onderzoekers hebben zich er lang over verbaasd dat het insekt onder water kon blijven tot lang nadat het de zuurstof in de luchtbel moest hebben verbruikt. Hoe was dit mogelijk?

Het proces van diffusie speelt hier een rol. Als de zuurstofspanning in de luchtbel daalt beneden de zuurstofspanning in het omringende water, dringt in het water opgeloste zuurstof de luchtbel binnen. ’Maar waarom klapt de luchtbel niet ineen?’ zult u zich misschien afvragen. Wel, er bevindt zich stikstof in de lucht van de bel, en stikstof diffundeert niet in het water maar geeft er de voorkeur aan in de luchtbel te blijven. Hoewel de larve de stikstof dan niet nodig heeft voor haar stofwisseling, is haar „levendragend systeem” er wel van afhankelijk!

Nadat wij hebben bekeken hoe vogels en insekten ademen, zult u er stellig mee instemmen dat de ademhalingsstelsels van deze dieren een opmerkelijk intelligent ontwerp weerspiegelen. Maar vindt u het gemakkelijk om te geloven dat het blinde toeval of de vogels en de insekten zelf verantwoordelijk zijn voor deze ademhalingsstelsels die zo afhankelijk zijn van wetenschappelijke beginselen? Of trekt u dezelfde conclusie als destijds de beroemde uitvinder Thomas Edison, die zei: „Na al deze jaren de processen van de natuur te hebben gadegeslagen, kan ik er niet aan twijfelen dat er een Allerhoogste Intelligentie bestaat”?

[Illustratie op blz. 22]

Het ademhalingsstelsel van de vogel

Luchtpijp

2 Longen

Luchtzakken

[Illustratie op blz. 23]

Schematisch ademhalingssysteem van het insekt

Geen longen

Buis

Cellen