Hallo,
jetzt also die noch ausstehende Fortsetzung:
zunächst noch einmal kurz zur Frage, warum gerade gekammerte Lungen und nicht modifizierte Kiemen:
Wenn Lungen erst mal da sind und sich bei den ersten Landwirbeltieren etabliert haben, geht bei hinreichend starkem Selektionsdruck der Trend dahin, dass die Effizienz der Lungen steigt, um zunehmend wasserferne Regionen als Nische dauerhaft zu besiedeln.So geschehen bei den späteren Reptilien (parallel zu Verhornung der Oberhaut und Entwicklung von Eiern mit Schale). Diese Effizienzerhöhung funktioniert auf Dauer nur bei Vergrößerung der Oberfläche, weil der Grad der Durchblutung schon bald ein Maximum erreicht. Und Oberflächenvergrößerung gelingt nur, wenn Faltungen mit nachfolgender Kammerung auftreten. Das heißt, dass nur solche Modifikationen langfristig das Rennen machen, die eine zunehmend größere innere Oberfläche der Lungen aufweisen. Werden solche Modifikationen über epigenetische Prozesse letztlich zu Mutationen, steht das genetische Ausgangsmaterial für weitere Variabilität zur Verfügung.
Das Genom ist konservativer als man gemeinhin denkt. In der Regel etablieren sich Veränderungen darin nicht über Zufallsmutationen, die gerade mal günstig sind, sondern der Selektionsdruck bewirkt über den Umweltstress auf den Organismus eine bevorzugte Aktivität in jenen Regionen des Genoms, in denen später Veränderungen auftreten. Während der "Ablesevorgänge" bei der Proteinsynthese sind die beteiligten DNA-Abschnitte öfter geöffnet als andere Regionen. Damit erhöht sich hier die Anfälligkeit für mutagene Einflüsse, weil der sichernde Komplementärstrang fehlt. Nach dem Schließen der Doppelhelix werden Fehler weitestgehend korrigiert, aber bei hinreichend intensiver Ableseaktivität steigt die Chance für bleibende Fehler, so dass hier der Ansatz für eine größere Variabilität liegt. "Hilfreiche" Mutationen treten daher bevorzugt in den Regionen auf, die dazu dienen, dem Selektionsdruck auszuweichen. So erklärt sich die geradezu verblüffende passgenaue Abgestimmtheit auf sehr spezielle Umweltbedingungen bei vielen Organismen. Dennoch gilt auch hier das Prinzip "try and error", denn nur wenige Mutationen sind passgenau genug. Der größte Teil der Mutanten schafft es nicht, seine Gene weiterzugeben.
Warum gab es aber keine Modifikationen der Kiemen? Kiemen sind sehr konservative Errungenschaften, die für das Leben im Wasser perfekt sind, aber nicht problemlos auf das Leben an der Luft "umgebaut" werden können. Das Problem ist die Konsistenz von Wasser und Luft. Wasser bietet einen gewissen Widerstand, wenn es durch die verzweigten Kiemenbögen strömt. Der Kontakt ist sehr intensiv und reicht aus, damit das vorbeiströmende Blut in den Kiemenbögen den gelösten Sauerstoff aufnehmen kann. Da Blut und Wasser von etwa gleicher Konsistenz sind, gibt es keine Schranke, die der Sauerstoff überwinden müsste, um in das Blut zu diffundieren. Das vorbeiströmende Blut entnimmt über Sogeffekte das sauerstoffreiche Wasser. Über den Darm wird sauerstoffarmes Wasser wieder nach außen abgegeben.
Ganz anders mit Luft: Der gasförmige Zustand führt dazu, dass sie viel zu schnell durch die Kiemen strömt. Dann muss sich der Sauerstoff erst im Kiemenblut lösen, bevor er verwertet werden kann. Hier ist also eine Schranke vorhanden, die der Sauerstoff erst überwinden muss, um in das Körperinnere zu gelangen. Dann ist noch das Problem der Abgabe des sauerstoffarmen Wassers bzw. des Kohlenstoffdioxids. Das kann zwar auch über den Darm erfolgen, erfordert aber die ständige Aufnahme von Flüssigkeit, damit es in gelöster Form geschieht. Bei der nötigen Umsatzrate hätten die Landwirbeltiere erheblich mit Blähungen zu kämpfen, wenn sie bei der Kiemenatmung geblieben wären. Von daher waren Lungen klar im Vorteil, wenn man die biologische Fitness als Maßstab nimmt.
Zum Ammoniakstoffwechsel, Nieren usw.: Ausscheidungsorgane gibt es u.a. auch bei Meeresfischen, so dass ich hier keine Schwierigkeit sehe, mit Ammoniakausscheidung zurechtzukommen. Üblicherweise wird Ammoniak sofort verwertet, wobei u.a. neue Aminosäuren gebildet werden. Der Rest gelangt über die genannten Ausscheidungsorgane in gebundener Form in den Primärharn. Nach verschiedenen Transportvorgängen wird alles, was noch verwertbar ist (Aminosäuren, Zucker usw.) in den Blutkreislauf zurückgeführt, so dass am Ende nur noch Harnstoff und Wasser übrig bleibt. Ob die Harnstoffsynthese erst später verfügbar war, und wenn ja, ab wann, weiß ich auch nicht. Denkbar ist als Vorstufe, dass der Primärharn anfangs nicht in dem Maße wiederverwertet wurde wie derzeit, so dass u.a. auch Aminosäuren ausgeschieden wurden. Andererseits ist die Reaktion zu Harnstoff problemlos zu bewältigen, zumal mit Einsetzen der Sauerstoffatmung mehr ATP zur Verfügung stand, so dass die Reaktion ohne große Mühe zu katalysieren war. Aber wie gesagt, hierzu weiß ich nichts Genaues.
Tja, das wars dann erst mal. Übrigens meine Hochachtung dir gegenüber, Sir Atlan, dass du es auf dich nimmst, Hausaufgaben zu machen
! Und natürlich auch an Christian, der sehr gute Beiträge zum Thema gepostet hat. Ach ja, Michaels Beiträge waren auch sehr gut, insbesondere die Hinweise auf Darmatmer und Landkrabben waren sehr bereichernd. Alles in allem eine sehr schöne Diskussion, die sich hier entwickelt hat.
Bis demnächst!
