Gaswechsel bezeichnet den Prozess des Austauschs von Atemgasen, insbesondere Sauerstoff (O₂) und Kohlendioxid (CO₂), zwischen einem Lebewesen und seiner Umgebung. Dieser Austausch ist entscheidend für die Aufrechterhaltung lebensnotwendiger Stoffwechselprozesse und erfolgt bei Tieren, Pflanzen und anderen Organismen über spezialisierte Strukturen oder Mechanismen, die den Gasaustausch ermöglichen. Der Gaswechsel steht im Zentrum der Atmung und Photosynthese und ist von essenzieller Bedeutung für das Überleben und die Energieproduktion eines Organismus.

Bei Tieren erfolgt der Gaswechsel hauptsächlich in den Atmungsorganen, wie Lungen, Kiemen oder der Haut. Im menschlichen Körper und bei vielen anderen Wirbeltieren findet der Gaswechsel in den Lungen statt. Hier wird Sauerstoff aus der eingeatmeten Luft in die Alveolen (Lungenbläschen) transportiert, wo er über dünne Membranen in das Blut diffundiert und an Hämoglobinmoleküle in den roten Blutkörperchen gebunden wird. Gleichzeitig diffundiert Kohlendioxid, das als Abfallprodukt des Zellstoffwechsels über das Blut zur Lunge transportiert wird, aus dem Blut in die Alveolen und wird anschließend ausgeatmet. Dieser Austausch von Sauerstoff und Kohlendioxid erfolgt durch Diffusion, einen passiven Prozess, der auf Konzentrationsunterschieden der Gase beruht.

Der Gaswechsel bei wasserlebenden Organismen, wie Fischen, erfolgt über Kiemen. Da der Sauerstoffgehalt im Wasser deutlich niedriger ist als in der Luft, sind die Kiemen darauf spezialisiert, Sauerstoff effizient aufzunehmen. Sie bestehen aus einer großen, dünnen Oberfläche, durch die Sauerstoff aus dem Wasser in das Blut diffundiert und Kohlendioxid an das Wasser abgegeben wird. Einige Amphibien und Regenwürmer können den Gaswechsel auch über ihre feuchte Haut betreiben, was als Hautatmung bezeichnet wird. Die Haut muss hierfür dünn und gut durchblutet sein, damit der Austausch der Gase stattfinden kann.

Pflanzen betreiben ebenfalls Gaswechsel, allerdings in einem anderen Kontext als Tiere. Während der Photosynthese nehmen Pflanzen tagsüber über kleine Öffnungen in ihren Blättern, die sogenannten Stomata, Kohlendioxid aus der Umgebung auf und geben Sauerstoff ab. Das aufgenommene Kohlendioxid wird in den Chloroplasten der Zellen durch Lichtenergie in Glukose umgewandelt, während Sauerstoff als Nebenprodukt entsteht und über die Stomata an die Umgebung abgegeben wird. Nachts, wenn keine Photosynthese stattfindet, betreiben Pflanzen jedoch auch Zellatmung und nehmen Sauerstoff auf, um Energie zu gewinnen. In dieser Phase geben sie Kohlendioxid als Abfallprodukt ab, ähnlich wie Tiere.

Der Gaswechsel ist eng mit der Umwelt eines Organismus und seinen physiologischen Anpassungen verknüpft. Tiere und Pflanzen haben unterschiedliche Mechanismen entwickelt, um den Gasaustausch unter verschiedenen Bedingungen effizient zu gestalten. So haben Wüstentiere und -pflanzen Strategien entwickelt, um Wasserverluste durch den Gaswechsel zu minimieren, da der Gasaustausch oft auch einen Verlust von Wasser durch Verdunstung nach sich zieht. In Höhenlagen, wo der Sauerstoffgehalt der Luft niedriger ist, haben viele Tiere und Menschen Anpassungen entwickelt, wie die erhöhte Produktion roter Blutkörperchen, um den Sauerstoffbedarf besser decken zu können.

Zusammengefasst ist der Gaswechsel ein grundlegender biologischer Prozess, der für die Energiegewinnung und das Überleben aller aeroben Lebewesen essenziell ist. Der Gaswechsel stellt sicher, dass Sauerstoff zu den Zellen gelangt, wo er für die Zellatmung benötigt wird, und dass das entstehende Kohlendioxid abgeführt wird. Pflanzen leisten zudem durch ihren Gasaustausch einen wichtigen Beitrag zur Regulierung der Atmosphäre, indem sie Kohlendioxid aufnehmen und Sauerstoff freisetzen, was für das Gleichgewicht des Ökosystems von entscheidender Bedeutung ist.