Wie atmen Seepferdchen?

Obwohl Seepferdchen sehr unterschiedlich von anderen Fischarten aussehen können, sind sie einfach eine Gattung von Knochenfischen mit einer aufrechten Schwimmhaltung. Seepferdchen gehören zur gleichen Klasse, Actinopterygii, wie Lachs, Thunfisch und andere bekannte Arten. Wie diese Fische absorbieren Seepferdchen Sauerstoff aus dem Wasser mit empfindlichen epidermalen Membranen, die als Kiemen bekannt sind.

Eine knöcherne Struktur, die als Operculum bekannt ist, bedeckt die Kiemen der meisten Fischarten und hinterlässt halbmondförmige Öffnungen an den Seiten des Kopfes. Beim Seepferdchen ist diese Struktur auf eine schmale Öffnung am Hinterkopf reduziert. Ichthyologen verstehen den Zweck dieser evolutionären Modifikation nicht vollständig, glauben jedoch, dass sie mit der charakteristischen verlängerten Schnauze des Fisches zusammenhängt.

Seepferdchenkiemen haben auch eine charakteristische innere Struktur. Die übliche Kiemenstruktur bei Knochenfischen besteht aus vier Kiemenbögen auf jeder Seite, die in geordneter Weise entlang von Knorpelfilamenten angeordnet sind. Seepferdchenkiemen treten in einem scheinbar zufälligen Büschelmuster auf, möglicherweise als Anpassung an die veränderte Kopfstruktur und die reduzierte Öffnung der Klappe.

Jedes Büschel in den Kiemen eines Seepferdchens besteht aus einem kleinen Stängel, der von einer Gewebekugel gekrönt ist. Diese Büschel sind die Lamellen, eine Art spezialisiertes Epithel. Durch die Lamellen verläuft ein dichtes Netz von Blutgefäßen, wodurch Sauerstoff und Kohlendioxid durch die dünnen Membranen zwischen dem Blutkreislauf des Seepferdchens und dem umgebenden Wasser diffundieren können. Dadurch kann das Seepferdchen Sauerstoff aufnehmen und Kohlendioxid loswerden.

Innerhalb der Lamellen fließt das Blut durch das Kapillarnetz entgegen dem natürlichen Wasserfluss vom Mund zum Operculum. Diese als Gegenstrom bekannte Anordnung erhöht das Potenzial für den Gasaustausch und ermöglicht es dem Seepferdchen, dem Wasser die maximal mögliche Menge an Sauerstoff zu entziehen.

Die Atmung der Seepferdchen erfolgt durch passive Diffusion. Passive Diffusion tritt auf, wenn sich Substanzen durch eine Membran von Bereichen niedriger Konzentration zu Bereichen hoher Konzentration bewegen. Wenn das umgebende Wasser mehr Sauerstoff enthält als das Blut des Seepferdchens, werden die Sauerstoffmoleküle auf natürliche Weise aus dem Wasser in den Blutkreislauf des Seepferdchens übergehen. Ebenso diffundiert Kohlendioxid aus dem Blutkreislauf in das umgebende Wasser. Dieser Mechanismus ermöglicht es dem Seepferdchen, seiner Umgebung Sauerstoff zu entziehen und Abgase zu entsorgen.