Guinguette Marais Poitevin

Wir wollen mit Ihnen über das Atmen sprechen – etwas, das Sie die ganze Zeit tun (wenn Sie es nicht tun, haben wir keine Ahnung, wie Sie das hier lesen.) Atmen passiert natürlich einfach. Sie müssen nicht viel darüber nachdenken. Aber wenn Sie das tun, werden Sie entdecken, dass es eine große Anzahl von Tieren auf diesem Planeten gibt, Tiere, die Sie gut kennen, Tiere, die in aller Öffentlichkeit herumschwirren, beißen und krabbeln – die nicht nur nicht so atmen wie wir, sondern es so anders machen, dass wir immer noch nicht ganz herausgefunden haben, was sie tun. Das ist also unser Thema: geheimnisvolle Atmer. Wir fangen mit dem Vertrauten an – mit Ihnen. Werfen Sie einen Blick auf dieses pulsierende „Wie-wir-atmen“-Diagramm, erstellt von der wunderbaren Illustratorin Eleanor Lutz.

Wie Sie sehen können, senken wir Menschen beim Einatmen den Muskel direkt unter unserer Lunge – das ist unser Zwerchfell. Wenn es nach unten gezogen wird, wird Luft eingesaugt; wenn es nach oben gedrückt wird, wird Luft herausgepresst. Im Grunde haben wir also eine Pumpe, die Sauerstoff in unseren Körper zieht und Kohlendioxid ausstößt.

Aber was ist, wenn Sie ein Vogel sind? Vögel, (das wussten wir nicht), machen es anders.

Sie haben kein Zwerchfell, stattdessen pumpen sie Luft, indem sie Beutel, die Luftsäcke genannt werden, aufblasen und wieder ablassen, und das erzeugt den Sog, den sie brauchen, um Luft durch ihre Lungen zu ziehen.

Aber jetzt wollen wir uns einen Grashüpfer ansehen. Fällt Ihnen etwas Ungewöhnliches auf?

Ja, sie hat Luftsäcke, die ihr beim Atmen helfen, aber beachten Sie, dass sie weder Mund noch Nase (oder Ohren oder Anus) benutzt, um Luft ein- oder auszulassen. Es hat keine offensichtlichen Atemlöcher. Wie ist das möglich? Wo kommt die Luft rein?

Tja, hier ist die seltsame Antwort: Ein Grashüpfer, so stellt sich heraus, atmet mit seinem ganzen Körper. Eleanor illustriert das in ihrer Grafik, indem sie den ganzen Grashüpfer gelb färbt. Und es sind nicht nur Grashüpfer, über die wir hier reden.

Insekten (also die meisten Tiere auf der Erde) haben keine Lungen. In gewissem Sinne sind sie Lungen. Man könnte sich jedes Insekt als eine laufende, fliegende, hüpfende Lunge vorstellen.

So funktioniert es. Wenn Sie eine Lupe nehmen und die Oberfläche eines Insekts, eines beliebigen Insekts, untersuchen, werden Sie feststellen, dass ihre Außenseiten von kleinen Löchern, den sogenannten Spirakeln, durchbohrt sind. Nehmen Sie zum Beispiel diese Raupe.

Sehen Sie diese kleinen orangefarbenen Ovale entlang der Mitte, die ein wenig wie Augen aussehen? Gehen wir mal ganz nah an eines von ihnen heran.

Und noch näher…

Das ist eigentlich eine Art Luftventil, genannt Spirakel. Die Raupe kann dieses Ventil öffnen oder schließen, je nachdem, ob sie Luft ein- oder auslassen möchte. Wenn Sie einen Röntgenblick oder ein Seziermesser hätten (oder wenn Sie das Glück hätten, zufällig auf diese völlig durchsichtige Raupe zu stoßen), würden Sie entdecken, dass diese Löcher in ein labyrinthartiges Netzwerk von Röhren münden, die Tracheen genannt werden und in den Körper des Insekts hineinreichen.

Sauerstoff wandert durch diese Luftröhren (Sie können die Öffnungen sehen – diese Linie von leuchtenden Punkten, die wie U-Bahn-Haltestellen entlang der Länge der Raupe aussehen) und driftet dann in ein Labyrinth von Röhren, die sich in immer kleinere Röhren verzweigen, bis der Sauerstoff schließlich an den klitzekleinen Spitzen das Ende seiner verzweigten Reise erreicht und in den Zellen des Insekts ankommt.

Im Gegensatz dazu hat unser Körper ein Kreislaufsystem, das Blut pumpt, um den Sauerstoff von der Lunge zu den Zellen zu bringen. Aber in Insekten gibt es kein Blut, das an der Reise des Sauerstoffs beteiligt ist. Stattdessen schwebt der Sauerstoff einfach den ganzen Weg bis zu den Zellen.

Um ihr Inneres zu belüften, müssen größere Insekten aktiv ein- und ausatmen, indem sie ihre Bauchmuskeln pulsieren lassen, wie hier zu sehen ist.

Aber winzigere Insekten rühren sich kaum. Sie atmen auf eine trägere Weise. Statt ihren Körper zu pulsieren, öffnen sie einfach ihre Poren und sitzen da, wie bei einem geöffneten Fenster im Wohnzimmer. Dann warten sie darauf, dass die Luft einfach… hereinströmt.

Warte eine Sekunde! WARTEN SIE EINE SEKUNDE!!!

Wir schreiben hier einen Aufsatz über das Atmen. Atmen fühlt sich an, als sollte es ein physischer Akt sein, etwas, das Ihr Körper tut, nicht einfach ein Körperloch öffnen und denken „Komm rein.“ So passiv kann es nicht sein.

Außerdem, sagt Aatish (er ist derjenige von uns, der einen Doktortitel in Physik hat), wenn man ein wenig über die Physik der Luft weiß, hat man gute Gründe, diese Art des Einatmens – einfach die Poren öffnen und die Luft hereinlassen – mehr als nur ein wenig rätselhaft zu finden. Deshalb sollten wir…

Aatish: OK, Robert, ich möchte, dass du deine Augen schließt.
Robert: Warum?
Aatish: Mach einfach so.
Robert: Ok. Sie sind geschlossen.
Aatish: Jetzt möchte ich, dass du dir den Sauerstoff vorstellst, der in der Luft um dich herum schwebt.
Robert: Ok…
Aatish: …und sag mir, was du dir vorstellst.
Robert: Nun…
Robert: Ich sehe ein Molekül. Zwei kleine O’s, die miteinander verbunden sind, und sie schwirren herum, wie vom Fenster zu meinem Hals, und dann… ich weiß nicht… prallen sie an meinem Hals ab und kommen von mir zu… zu dir, zu deinem Ohr.

Aatish: Ah.
Robert: Ah, was?
Aatish: Du stellst dir also Sauerstoffmoleküle vor, die durch den Raum schwirren, von Wänden abprallen und hin und wieder nicht nur mit meinem Ohr, sondern auch mit anderen Molekülen in der Luft kollidieren.
Robert: Ja, das habe ich auch gedacht…
Aatish: Nun, nein.
Robert: Nein?
Aatish: Die Realität ist völlig anders. Wenn wir die Luft um Sie herum vergrößert darstellen würden, würden Sie feststellen, dass…

…ein immens überfüllter Raum. Die Luft ist so vollgestopft mit Molekülen, dass sich unser armes Sauerstoffmolekül kaum noch bewegen kann. Jedes Mal, wenn es versucht, sich zu bewegen, stößt es mit einem Nachbarn zusammen, prallt wahllos zurück oder vorwärts oder auf oder ab und stößt dann mit einem anderen Nachbarn zusammen. Können Sie erraten, wie viele Kollisionen ein Sauerstoffmolekül in einer Sekunde macht? Nur eine Sekunde?
Robert: Ich habe keine Ahnung.
Aatish: Sind deine Augen noch geschlossen?
Robert: Ja.
Aatish: 6 Milliarden.
Robert: Whaaaat?
Aatish: Ja! Mehr als 6 Milliarden Bing-Bangs mit den Nachbarn. Das sind so viele Kollisionen, dass ein frei schwebendes Sauerstoffmolekül kaum weiterkommt. Ich habe gelesen, dass ein Sauerstoffmolekül nur 80 Nanometer zurücklegen kann – das sind 8 Millionstel Zentimeter – bevor es mit einem anderen Molekül zusammenstößt und in eine völlig willkürliche Richtung abdriftet.
Robert: Also…?
Aatish: Also ist Luft kein leerer Raum. Ganz im Gegenteil. Auf molekularer Ebene ist sie eher wie ein dicker Smoothie. Und so wie Sie einen Sog brauchen, um Ihr Getränk hinunterzuschlucken, sagt Ihnen der gesunde Menschenverstand, dass Sie nicht einfach darauf warten können, dass der Sauerstoff hereinströmt – Sie müssen ihn hineinziehen.

Wenn das so ist, wie atmen dann diese kleinen Kerlchen?

Wir wissen, dass sie es tun…

Ameisen, Mücken, Käfer können atmen, ohne zu saugen, zu ziehen oder nach Luft zu schnappen. Aber wie atmen sie, ohne dass ihr Körper pulsiert?

„Die Frage, die Sie stellen, ist eine, die mich sehr beunruhigt“, sagt Jon Harrison, ein Wissenschaftler, der seit Jahren erforscht, wie Insekten atmen und wachsen.

Die Wahrheit ist, dass wir es noch nicht ganz herausgefunden haben. Harrison und seine Kollegen versuchen immer noch zu verstehen, wie viel Insekten durch Sauerstoffdrift atmen (passive Atmung) und wie viel durch das Pulsieren ihrer Seiten (wie ein Grashüpfer).

Jon glaubt, dass alle Insekten passiv atmen können, wenn sie es unbedingt müssen; er sagt, die meisten Insekten können stundenlang völlig ohne Sauerstoff auskommen und sterben nicht. Er hat schon Tiere gesehen, die von aktiv über ruhig bis hin zu tot aussahen und sich dann auf wundersame Weise wieder erholten.