Γιατί η διάχυση δεν επαρκεί για την ικανοποίηση των απαιτήσεων οξυγόνου των πολυκυτταρικών οργανισμών όπως οι άνθρωποι;
1. Αναλογία επιφάνειας προς ένταση:
* Οργανισμοί μονοκύτταρων: Έχουν αναλογία υψηλής επιφάνειας προς ένταση. Αυτό σημαίνει ότι η απόσταση οξυγόνου πρέπει να ταξιδεύει από έξω στο κέντρο του κυττάρου είναι πολύ μικρή, καθιστώντας την αποδοτική διάχυση.
* Πολυκύκτες οργανισμοί: Έχουν πολύ χαμηλότερη αναλογία επιφάνειας προς όγκο. Καθώς οι οργανισμοί μεγαλώνουν, ο όγκος τους αυξάνεται πολύ πιο γρήγορα από την επιφάνεια τους. Αυτό σημαίνει ότι η απόσταση οξυγόνου πρέπει να ταξιδεύει από το εξωτερικό περιβάλλον στα κύτταρα στο εσωτερικό του οργανισμού είναι πολύ μεγαλύτερο.
2. Ποσοστό διάχυσης:
* απόσταση: Ο ρυθμός διάχυσης είναι αντιστρόφως ανάλογος προς το τετράγωνο της απόστασης. Όσο μεγαλύτερη είναι η απόσταση, τόσο πιο αργή είναι η διάχυση.
* Μέγεθος: Όσο μεγαλύτερος είναι ο οργανισμός, τόσο μεγαλύτερη είναι η απόσταση που το οξυγόνο πρέπει να ταξιδέψει για να φτάσει σε όλα τα κύτταρα, καθιστώντας αναποτελεσματική τη διάχυση.
3. Μεταβολικές απαιτήσεις:
* απαιτήσεις υψηλής ενέργειας: Οι πολυκύτταροι οργανισμοί, ειδικά οι άνθρωποι, έχουν υψηλές ενεργειακές απαιτήσεις λόγω σύνθετων συστημάτων και δραστηριοτήτων οργάνων. Αυτό απαιτεί μια σταθερή παροχή οξυγόνου για κυτταρική αναπνοή για τη δημιουργία ενέργειας.
4. Περιορισμοί διάχυσης:
* Η διάχυση βασίζεται αποκλειστικά στην τυχαία κίνηση των μορίων. Αυτή η διαδικασία είναι αργή και δεν μπορεί να συμβαδίσει με τις υψηλές απαιτήσεις οξυγόνου των πολυκυτταρικών οργανισμών.
Λύση:εξειδικευμένα συστήματα
Οι πολυκύτταροι οργανισμοί έχουν εξελίξει εξειδικευμένα συστήματα για να ξεπεράσουν τους περιορισμούς της διάχυσης:
* Αναπνευστικό σύστημα: Οι πνεύμονες παρέχουν μια μεγάλη επιφάνεια για ανταλλαγή αερίων, επιτρέποντας την αποτελεσματική πρόσληψη οξυγόνου και απελευθέρωση διοξειδίου του άνθρακα.
* Κυκλοφορικό σύστημα: Η καρδιά και τα αιμοφόρα αγγεία μεταφέρουν οξυγόνο σε όλο το σώμα, παραδίδοντάς το σε όλα τα κύτταρα.
Συνοπτικά: Η διάχυση είναι μια παθητική διαδικασία που είναι πολύ αργή για να ανταποκριθεί στις ανάγκες οξυγόνου των μεγάλων, σύνθετων πολυκύτταρων οργανισμών. Επομένως, είναι απαραίτητα εξειδικευμένα συστήματα όπως τα αναπνευστικά και κυκλοφορικά συστήματα για την εξασφάλιση της αποτελεσματικής παράδοσης οξυγόνου και της απομάκρυνσης διοξειδίου του άνθρακα.
