Wat is de pens?
De pens is een maagachtige structuur van het spijsverteringsstelsel van bepaalde dieren die wordt gekenmerkt als een voor-spijsverteringskamer waarin kritisch symbiotische micro-organismen leven om de afbraak van het specifieke dieet van het dier te initiëren. Meestal een pens genoemd, worden dieren met deze anatomie herkauwers genoemd, en de meeste zijn herbivoren waarvan de behoefte aan koolhydraten in de voeding wordt geleverd door planten die moeilijk te verteren zijn. Er is veel bekend over de verschillende organismen die zich in een pens bevinden en hun chemische rol in het spijsverteringsproces, deels omdat veel herkauwers, zoals koeien en schapen, in veel delen van de wereld belangrijk commercieel vee zijn.
"Reticulorumen" is de term die wordt gegeven aan het eerste interne orgaan van het spijsverteringskanaal van herkauwers. Het is meestal erg groot - de pens van een koe kan meer dan 25 gallons (94,6 liter) in capaciteit hebben - en de aangrenzende reticulumkamer is ongeveer een tiende zo groot. Hoewel de binnenwand van de twee verschilt, hebben ze een unieke functie - gekauwd plantmateriaal opslaan, terwijl triljoenen bacteriën, eencellige protozoa en andere microben het afbreken, zowel voor hun eigen consumptie als voor de gastheer.
Wanneer gras en andere planten gedeeltelijk met speeksel worden gekauwd en door de slokdarmkeelbuis worden ingeslikt, duwen spiercontracties van de pens de materie verder in het reticulorumen, dat ritmisch blijft samentrekken en zo het voedsel karnt. Met een volle darm zal het dier meestal rusten, uitbraken, opnieuw kauwen en het ingeslikte materiaal opnieuw doorslikken in een proces dat herkauwen wordt genoemd, gewoonlijk 'kauwen' genoemd. Dit wordt herhaald, waarbij sommige runderen maar liefst zes uitgeven uren per dag continu kauwen. Wanneer het voldoende wordt afgebroken, wordt het voedsel doorgegeven aan een kamer genaamd de omasum, die het naar de ware maag van het dier pompt, een kleine kamer genaamd de abomasum.
De pens werkt op een manier die vrij analoog is aan de compostbak van een tuinman. Daarin zit een mat van vezelige plantenresten bestaande uit een grote hoeveelheid cellulose, een lange keten van suikermoleculen die wordt afgebroken door een enzym dat cellulase wordt genoemd, dat wordt uitgescheiden door bacteriën. Sommige hiervan worden door de bacteriën geconsumeerd en extra bacteriën gebruiken de eenvoudige suikers om de gisting te initiëren, waardoor plantaardige eiwitten worden afgebroken tot vetzuren, zoals het aminozuurlactaat dat nodig is voor de melkproductie van het gastdier. Sommige van deze essentiële voedingsstoffen worden door de capillaire bekleding van het reticulorumen direct in de bloedbaan opgenomen.
Verschillende soorten bacteriën zijn betrokken, gecategoriseerd als fibrolytisch, amylolytisch en proteolytisch, op basis van hun vertering van respectievelijk complexe koolhydraten, eenvoudige suikers en eiwitten. Eencellige protozoa verteren alle drie, voornamelijk door bacteriën te consumeren. Schimmels zijn minder talrijk, maar zijn belangrijk voor het verbreken van de chemische verbindingen tussen cellulose en de niet-koolhydraatsubstraten van planten. Ongeveer 3 procent van de microbiële massa is archaea, een soort anaërobe bacteriën die het waterstof- en kooldioxideafval van de andere organismen in methaan metaboliseert. Samen met het uiteindelijk vloeibaar gemaakte plantmateriaal worden veel van deze micro-organismen ook onvermijdelijk verteerd door de gastheer van de herkauwers vanwege hun vitamines, mineralen en andere voedingsstoffen.
Pensmetabolisme is een efficiënte manier om de suikerenergie uit de koolhydraten van een cellulosedieet te extraheren. Herkauwers herbergen symbiotische maagmicroben die de benodigde enzymen produceren en de voedingsstoffen en de omgeving krijgen die nodig zijn om te groeien en zich te vermenigvuldigen. De microbiële anaërobe ademhaling en fermentatie van het dieet heeft echter een ongewenst bijproduct. Naar schatting ademt één koe dagelijks 280 liter broeikasgas methaan uit via een proces dat erectie wordt genoemd, ook wel boeren genoemd.