Verdauungs- und Nahrungsresorption

Wie alle heterotrophen Lebewesen sind Tiere nicht in der Lage, ihre Energie aus anorganischen Stoffen wie Wasser, Sauerstoff, Kohlenstoffdioxid oder Mineralien zu gewinnen. Sie benötigen bereits mit Energie angereicherte organische Nahrung. Dazu zählen Kohlenhydrate, Fette und Eiweiße. Die Fähigkeit, sich ausreichend und effektiv zu ernähren, hat Einfluss auf den Fortpflanzungserfolg.

Die meisten Tiere ernähren sich von anderen Lebewesen, indem sie Pflanzen oder Tiere verzehren. Ausnahmen bilden Parasiten, wie z. B. Bandwürmer, die sich ernähren lassen, indem sie verdaute Nahrung tierischer Organismen in Form organischer Moleküle über ihre Körperoberfläche aufnehmen. Sie sind Nahrungsspezialisten. Nach der vorwiegenden Ernährungsweise unterscheidet man bei den Wirbeltieren:

  • Pflanzenfresser (Herbivoren) wie Gorillas, Ziegen, Hasen oder Landschnecken, die sich von Pflanzen, Pilzen, Algen oder Bakterien ernähren,

  • Fleischfresser (Carnivoren) wie Haie, Schlangen, Spinnen oder Greifvögel, die andere Tiere fressen und

  • Allesfresser (Omnivoren) wie Wildschweine, die sich herbivor und carnivor ernähren.

Wildschweine gehören zu den Allesfressern. Auch der Mensch ernährt sich omnivor, d.h. von pflanzlicher und tierischer Nahrung.

Die Verwertung der Nahrung erfolgt immer in den Schritten Aufnahme, Verdauung, Resorption und Ausscheidung unverdaulicher Reste. Bei der Verdauung werden die Makromoleküle, die sich in der Nahrung befinden, durch Enzyme in Monomere zerlegt. Bei der Resorption werden die Monomere aufgenommen. Moleküle der Aminosäuren und Monosaccharide gelangen aus dem Darm ins Blut. Ausgeschieden werden unverdauliche Stoffe.

Bei Einzellern, z. B. beim Pantoffeltierchen erfolgen alle vier Schritte in einer Zelle. Die Nahrungsaufnahme geschieht durch den Zellmund (Cytostom) (bei anderen, z. B. Amöben durch die gesamte Zellmembran), die Verdauung findet in den Nahrungsvakuolen (oder im Plasma) statt. Bei dieser phagozytotischen Nahrungsaufnahme schnürt sich zunächst eine Nahrungsvakuole (Gastriole) vom Cytosom ab. Diese wandert dann durch die gesamte Zelle, ihr Inhalt wird durch die Fusion mit Acidosomen erst angesäuert, dann durch die Fusion mit Lysosomen, welche die Verdauungsenzyme enthalten, mit diesen Enzymen angereichert. Die entstandenen Monomere werden im Cytoplasma verwendet. Unverdauliches wird über die Cytophage (Zellafter) ausgeschieden. Der Ausstoß überschüssigen Wassers erfolgt über Poren der kontraktilen Vakuolen.

Bau eines Pantoffeltierchens

Bei Hohltieren wie Polypen vollzieht sich die Verdauung extrazellulär, d.h. sie erfolgt außerhalb einzelner Zellen in Körperhohlräumen, die mit der Außenwelt in Verbindung stehen. Beim Polypen schütten Drüsenzellen die Verdauungsenzyme in den Innenraum (Gastrovaskularraum). Dort wird die Nahrung verarbeitet, Nährstoffe werden verteilt (Funktion des Blutes) und Nahrungsreste schließlich durch die einzige Körperöffnung, die Mund-After-Öffnung ausgeschieden. Der Verdauungsvorgang verläuft hier intra- und extrazellulär.

Weichtiere, Würmer, Spinnen, Insekten und Wirbeltiere haben besondere Organe für die Verdauung ausgebildet, den Magen-Darm-Trakt, der an der Mundöffnung beginnt und am After endet. Der Nahrungsbrei bewegt sich innerhalb dieses Traktes in einer Richtung. Die Verdauung erfolgt sowohl intra- als auch extrazellulär.

Der Süßwasserpolyp gehört zu den Hohltieren. In seinem Gastrovaskularraum findet die Verdauung und Resorption statt.

Durch verschiedene Differenzierungen innerhalb des Verdauungstraktes ist eine optimale und effiziente Nahrungsauswertung möglich. Einige Organabschnitte erreichen durch Faltenbildung oder Verzweigungen eine Oberflächenvergrößerung. Die entsprechenden Organe sind dadurch in der Lage größere Nahrungsmengen zu verarbeiten. Innerhalb des Traktes kann eine Bildung von Anhangsorganen erfolgen. Solche Drüsen bilden neben den Verdauungsenzymen oft auch Schleimsubstanzen, die zum einen eine Schutzschicht gegen störende Einflüsse aufbauen und zum anderen das Gleiten der Nahrung erleichtern. Bei Wirbeltieren bilden die Drüsen u.a. auch Flüssigkeit zur Neutralisierung des sauren Magensaftes.
Die Entstehung funktionell verschiedener Darmabschnitte ermöglicht die Tätigkeit unterschiedlicher Enzyme mit bestimmten Spezialisierungen. Regulationsmechanismen sorgen für den geordneten Ablauf des Verdauungsprozesses, wobei diese bei Wirbeltieren ihre höchste Ausbildung erreichen. Die Ausbildung eines muskulösen Bewegungs- und Zerkleinerungsapparates ist bei Gliederfüßern und Wirbeltieren sehr hoch entwickelt. Durch die Darmperistaltik wird eine Vermischung von Nahrung und Enzymen erreicht.

Prozentualer Anteil von Magen, Dünndarm und Blinddarm am Gesamtvolumen des Darmtraktes
ArtMagen [%]Dünndarm [%]Blinddarm [%]
Bisamratte27,216,537,8
Eichhörnchen42,133,414
Kaninchen15,137,731,4
Nutria19,416.744,4
Pferd8,530,215,9
Rind70,818,52,8

Die Entwicklung von Zerkleinerungsapparaten zeigt die vielseitige Anpassung der tierischen Organismen an die Umweltbedingungen. Durch sie wird die Nahrung mechanisch zerlegt, was günstigere Voraussetzungen für einen schnellen Abbau schafft. Bereits bei niedrig entwickelten Vielzellern finden sich schon komplizierte Beißwerkzeuge, z. B. besitzen Weichtiere bereits eine Reibplatte mit unzähligen kleinen Zähnen auf der Zunge (Radula). Die größte Mannigfaltigkeit von Zerkleinerungsapparaten hinsichtlich Form und Funktion findet man bei den Mundwerkzeugen der Gliederfüßer.
Wirbeltiere bilden in ihrer Mundhöhle Zähne aus, auf deren Hauptelement Dentin sich eine besonders harte Hülle (Schmelz) befindet. Dentin ist eine Knochen ähnliche Substanz, die überwiegend aus Calcium-Phosphor-Verbindungen (Hydroxylapatit) besteht. Zusätzlich enthält es Kollagen.

Bau einer Darmzotte

Verdauung und Resorption bei Wirbeltieren

Bei Wirbeltieren wird die Nahrung im Mund das erste Mal mechanisch zerkleinert und durch die Anreicherung mit Enzymen (Amylasen) aus der Speicheldrüse leichter gleitfähig gemacht. Die Amylasen spalten auch bereits erste Kohlehydrate, die sich in der Nahrung befinden. (Deshalb schmeckt beispielsweise Brot süßlich, wenn man es eine Weile kaut.) Die Mundränder können je nach Ernährungsweise unterschiedlich gestaltet sein. Bei vielen Säugetieren bilden weiche, bewegliche Muskel-Haut-Strukturen die Lippen. Gleichzeitig haben sie hier eine besondere Bedeutung für das Sozialleben. Bei Neunaugen bilden sie ein Saugrohr, bei Vögeln und Schildkröten sind sie als Schnabel entwickelt. Häufig bildet der Mundboden eine Zunge aus, die das Erreichen der Nahrung sowie die Nahrungsaufnahme erleichtert. Teile des Hautskeletts (Zähne) übernehmen die mechanische Zerkleinerung der Nahrung.

Durch die muskelarme Speiseröhre (Ösophagus) gelangt der Nahrungsbrei in den Magen. Sie besitzt eine innere Längs- und äußere Ringmuskelschicht und ist mit einer Schleimhaut ausgekleidet. Die Nahrung wird durch Kontraktionswellen der Ringmuskeln vorwärts geschoben, weswegen auch Essen und Trinken im Kopfstand funktioniert.

Rotschwanzfalke. Bei Vögeln sind die Mundbegrenzungen zu verhornten Schnäbeln umgebaut. Auch diese sind in ihrer Gestalt und Form an bestimmte Ernährungsbedingungen angepasst. Raubvögel haben besonders spitze und gebogene Schnäbel zum Fangen und Zerreißen der Nahrung. Besonders deutlich zu erkennen - die Ausbildung einer Zunge.

Der Magen dient der Speicherung und beginnenden Aufbereitung der Nahrung. Häufig ist er unterteilt in Anfangs-, Mittel- und Endabschnitt. In speziellen Drüsen wird Pepsinogen und Salzsäure gebildet. Letztere dient vor allem der Aktivierung des Pepsinogens, der Schaffung eines optimalen pH-Wertes für das Enzym (pH 3) sowie der Abtötung von Bakterien. Die Magenschleimhaut enthält widerstandsfähige Substanzen, die die Magenwand gegen Säure und Selbstverdauung schützen und einen Faktor, der die Vitamin B12-Aufnahme ermöglicht. Die Mägen von Paarhufern sind häufig mehrfach gekammert. In einem Labmagen findet die beschriebene enzymatische Verdauung statt. In Vormagenkammern (Pansen oder Netzmagen) mit immenser Aufnahmefähigkeit werden nach Durchmischung und mikrobiellem Abbau die ersten flüchtigen Fettsäuren resorbiert. Gegen die dort beheimateten Bakterien schützt eine dicke Verhornung der inneren Magenwand. Zur Aufnahme großer Nahrungsmengen besitzen die Mägen Zotten, die das Magenvolumen bis zum Zwanzigfachen vergrößern (Wiederkäuer).

Der Magen

Horn oder Geweih tragende Wiederkäuer stoßen nach diesem Vorgang den Nahrungsbrei noch einmal auf und schlucken ihn nun in den Blättermagen (Vormagen). Dieser Vorgang kann bei ungenügender Zerkleinerung auch mehrmals wiederholt werden. Hier wird die schwer aufzuschließende Nahrung mit mikrobiellem Eiweiß angereichert, Wasser entzogen und Bakterien und Einzellern die Möglichkeit zur Zersetzung gegeben.

Aufbau der Magenwand

Der Darm kann gegliedert sein oder blind endende Stücke enthalten. Hier werden die ersten zerlegten Stoffe in Blut oder Lymphe aufgenommen. Der erste Darmabschnitt bei Säugern ist der Dünndarm. Hier findet der Hauptanteil von Verdauung und Resorption statt. Dementsprechend liegen hier bei Wirbeltieren umfangreiche Drüsen, die Enzyme und Gallensäfte produzieren (z. B. Pankreas, Leber). Durch Darmzotten (Falten) wird eine Vergrößerung der aufzunehmenden Oberfläche erreicht. Bewegungen der Zotten wirken auf Lymphgefäße, welche dem Abtransport resorbierter Fette dienen.

Im Zwölffingerdarm, dem ersten Abschnitt des Dünndarms erfolgt eine Neutralisierung und Alkalisierung des im Magen stark angesäuerten Speisebreis durch Sekretion von Hydrogencarbonat und der größte Teil der Nahrungszerlegung. Kohlenhydrate, die durch die Amylasen im Speichel bereits zerkleinert wurden, werden hier endgültig zu ihren Endstufen Glucose, Fructose und anderen Einzelzuckern gespalten. Eiweiße und die im Magen daraus entstandenen Polypeptide und Oligopeptide werden in Aminosäuren zerlegt. Fette werden durch die Gallenflüssigkeit zunächst in kleine Tröpfchen zerteilt, welche dann von den Fett spaltenden Enzymen auf kurzer Strecke in kleinere Spaltprodukte aufgeschlüsselt werden.

Im nächsten Darmabschnitt des Dünndarms werden alle diese zerkleinerten Nahrungsbestandteile, 80% des Wassers, Vitamine und Mineralstoffe aus dem Brei von der Oberfläche der Darmzotten aufgenommen und in den Blutkreislauf transferiert oder zu körpereigenen Substanzen verarbeitet. Bei diesem größtenteils aktiv ablaufenden Transport kommen Carrier unter Energieaufwand zum Einsatz. Trotz des Energieverbrauchs stellt diese Transportform den effektiveren und schnelleren Weg für den Organismus dar, die Nahrungsbestandteile zu verwerten.

Aufbau der Darmwand

Der sich an den Dünndarm anschließende Dickdarm ist besonders für Pflanzenfresser von Bedeutung. Die aufgrund ihrer Festigkeit schwer abbaubare pflanzliche Nahrung (z. B. pflanzliche Fasern) wird hier weiter mithilfe von Bakterien abgebaut. Hierbei entstehen auch gasförmige Stoffe, welche bei ungenügender Resorption zu Blähungen führen. Durch den Entzug des restlichen Wassers wird der Speisebrei eingedickt (Name Dickdarm). Unverdaute Cellulose aus pflanzlicher Nahrung (Ballaststoffe) unterstützt die Darmbewegung und Abführung der Reste.

Zu den Resten gehören überwiegend Darmbakterien und abgestorbene Zellen der Darmschleimhaut. Diese werden im Mastdarm gesammelt und letztendlich mittels eines ringförmigen Muskels nach außen abgegeben.

Auch der Darm ist der Ernährungsweise des Tieres angepasst. Bei Pflanzenfressern ist er erheblich länger als bei Fleischfressern, da pflanzliche Nahrung nährstoffärmer ist und deshalb gründlicher zersetzt werden muss.

Darmlänge verschiedener Wirbeltiere
Artabsolute Länge
[m]
Darmlänge relativ
zur Körperlänge
[x-fach]
Blauwal1204,5
Braunbär178
Afrikanischer Elefant197
Fledermaus0,251,9
Huhn1,81,8
Kamel4212
Kaninchen5,610
Löwe6,93,9
Ratte1,39 - 11
Rind5122 - 29
Katze2,13 - 4
Wasserspitzmaus0,263
Wolf5,84,7
Schwein2214 - 15
Reh1211
Maus0,58

Verdauungshelfer

Fleischfressende Tiere stellen ihre Nahrung spaltenden Enzyme in speziellen Drüsen selber her. Über diese Fähigkeit verfügen viele pflanzenfressende Tiere nicht. Ihre Besonderheit ist das Vorkommen symbiotischer Bakterien und Einzeller im Darm. Diese besitzen Enzyme zur Verdauung von Cellulose, wozu die Tiere selbst nicht in der Lage sind. Das Monomer von Cellulose ist β-Glucose, die als Energieträger verwendet werden kann. Viele Tiere beherbergen die Bakterien in einem langen Blinddarm, in dem die Zersetzungsvorgänge stattfinden. Dieser Blinddarm entspricht unserem sehr kurzen und befindet sich am Übergang vom Dünndarm zum Dickdarm. Der Mensch besitzt solche Bakterien aber nicht, deshalb wird Cellulose als Ballaststoff unverdaut ausgeschieden.

Der große Anteil des Magens beim Rind ist durch die Symbiose mit Cellulose zersetzenden Bakterien zu erklären. Sie befinden sich in den Mägen der Wiederkäuer. Schluckt das Tier eine Portion Gras erstmalig, gelangt es in den Pansen und Netzmagen. Hier beginnen die Bakterien, die Cellulose aufzuschließen. Als Wiederkäuer würgt die Kuh die Nahrung nach einiger Zeit wieder ins Maul und kaut erneut. Dabei werden die Cellulosefasern mechanisch zerkleinert und so für die Mikroorganismen vorbereitet und zum 2. Mal heruntergeschluckt. Der Brei gelangt nun in den Blättermagen, wo ihm das Wasser entzogen wird. Dann wandert der bakterienreiche Nahrungsklumpen in den Labmagen, wo die Enzyme des Rindes die Nahrung verdauen. Nur so ist zu erklären, dass so große Tiere wie Rinder oder Schafe bei der oft kärglichen Graskost nicht verhungern.

Bau eines Wiederkäuermagens. Zuerst gelangt die Pflanzennahrung in den Pansen und Netzmagen. Dort wird die hauptsächlich enthaltene Cellulose von Bakterien zerkleinert. Nach Aufstoßen und nochmaliger mechanischer Zerkleinerung durch die Zähne bewegt sich der Nahrungsbrei in den Blättermagen, wo ihm das meiste Wasser entzogen wird. Im Labmagen schließlich wird die Nahrung durch Enzyme weiter aufgespalten. Danach gelangt sie zur Weiterverwertung in den Dünndarm.

Stand: 2010
Dieser Text befindet sich in redaktioneller Bearbeitung.

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