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:
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Pflanzenfresser (Herbivoren) wie Gorillas, Ziegen, Hasen oder Landschnecken, die sich von Pflanzen, Pilzen, Algen oder Bakterien ernähren, |
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Fleischfresser (Carnivoren) wie Haie, Schlangen, Spinnen oder Greifvögel, die andere Tiere fressen und |
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Allesfresser (Omnivoren) wie Wildschweine, die sich herbivor und carnivor ernähren. |
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.
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.
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 | |||
| Art | Magen [%] | Dünndarm [%] | Blinddarm [%] |
| Bisamratte |
27,2
|
16,5
|
37,8
|
| Eichhörnchen |
42,1
|
33,4
|
14
|
| Kaninchen |
15,1
|
37,7
|
31,4
|
| Nutria |
19,4
|
16.7
|
44,4
|
| Pferd |
8,5
|
30,2
|
15,9
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| Rind |
70,8
|
18,5
|
2,8
|
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.
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.
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 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.
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.
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Darmlänge
verschiedener Wirbeltiere
|
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Art
|
absolute Länge
[m] |
Darmlänge relativ
zur Körperlänge [x-fach] |
| Blauwal |
120
|
4,5
|
| Braunbär |
17
|
8
|
| Afrikanischer Elefant |
19
|
7
|
| Fledermaus |
0,25
|
1,9
|
| Huhn |
1,8
|
1,8
|
| Kamel |
42
|
12
|
| Kaninchen |
5,6
|
10
|
| Löwe |
6,9
|
3,9
|
| Ratte |
1,3
|
9 - 11
|
| Rind |
51
|
22 - 29
|
| Katze |
2,1
|
3 - 4
|
| Wasserspitzmaus |
0,26
|
3
|
| Wolf |
5,8
|
4,7
|
| Schwein |
22
|
14 - 15
|
| Reh |
12
|
11
|
| Maus |
0,5
|
8
|
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 
-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.