E52 Trachealsystem und Gastransport

Thema

Dieses Tracheensystem eines Insekts bildet im Allgemeinen das letzte Netzwerk von Röhren, das Sauerstoff direkt zu jedem Gewebe des Insekts transportiert. Der Sauerstoff tritt durch das Stigma ein, was ein weiteres Modell dieses Systems darstellt. Im Gegensatz zur Hämolymphe, die ein anderes, auf hydraulischem Druck basierendes Modell dieses Systems darstellt, benötigt dieses System kein spezifisches Sauerstoffkreislaufsystem.

Diese Ficksche Diffusion ist jedoch der wichtigste Transportmechanismus in den feinsten Tracheolen dieses Insekts. In einer wesentlich größeren Trachee kann eine spezifische Form der unterstützten Konvektion auftreten, die durch die abdominalen Ventilationsbewegungen des Insekts ermöglicht wird.

Dieselbe Peclet-Zahl unterscheidet diese beiden unterschiedlichen Regime: Eine relativ niedrige Peclet-Zahl zeigt daher an, dass die eingangs erwähnte Ficksche Diffusion die Konvektion dominiert, während eine relativ hohe Peclet-Zahl im Gegenteil darauf hindeutet, dass die Konvektion die Diffusion dominiert.

Dasselbe Kleibersche Skalierungsgesetz, das ein weiteres Modell dieser Gruppe etabliert, zeigt, wie der finale Sauerstoffverbrauch dieses Insekts mit seiner Körpermasse skaliert. Die Tatsache, dass die Körpermasse dieses Insekts noch größer ist, bedeutet gemäß demselben Kleiberschen Skalierungsgesetz, dass auch sein finaler Sauerstoffverbrauch noch größer ist, wenn auch in einem geringeren Verhältnis als die Zunahme der Masse.

Daher ermöglicht dieses Modell mit seinem Netzwerk von Röhren, die Sauerstoff direkt zu jedem Gewebe transportieren, die Anwendung der stationären Diffusionsgleichung, einen maximalen finalen Körperradius für dieses Insekt vorherzusagen. Jenseits dieses Radius kann Sauerstoff nicht mehr schnell genug zum Zentrum des Gewebes diffundieren. Dies erklärt, warum ein riesiges paläozoisches Insekt nur existieren konnte, als die finale Sauerstoffkonzentration in der Atmosphäre deutlich höher war als heute, und warum dieses moderne Insekt eine begrenzte Körpergröße beibehält. Die Tatsache, dass die für dieses Insekt verfügbare Sauerstoffkonzentration in der Atmosphäre noch niedriger ist, bedeutet, dass der maximale finale Körperradius, den dieses Insekt gemäß der stationären Diffusionsgleichung noch erreichen kann, ebenfalls noch kleiner ist.

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