Eine Kieme ist ein lebenswichtiges Organ, das von Fischen und anderen Wassertieren zum Atmen verwendet wird, indem sie dem umgebenden Wasser Sauerstoff entziehen. Bei den meisten Wassertieren, die Kiemen zur Atmung verwenden, befinden sie sich am oder in der Nähe des Kopfes und werden durch eine Struktur namens Kiemenklappe geschützt. Diese spezialisierten Atmungsorgane filtern den Sauerstoff aus dem Wasser, während es durch zahlreiche Filamente fließt. Ähnlich wie bei der Lunge wird der Sauerstoff durch die dünnen Wände winziger Blutgefäße in das Blut aufgenommen. Um genügend Sauerstoff für das Leben zu erhalten, muss viel Wasser durch die Kiemen fließen, und Wissenschaftler glauben, dass es seit Millionen von Jahren von verschiedenen Lebewesen verwendet wird.
Die meisten Wassertiere, die unter Wasser bleiben, verwenden Kiemen zur Atmung. Beispiele sind Fische, Aale und Krabben, und die Kieme erfüllt die Aufgabe, die die Lunge bei luftatmenden Tieren übernimmt. Die Hauptfunktion der Kiemen ist die Sauerstoffentnahme aus dem Wasser und die Freisetzung von Kohlendioxid. Normalerweise befinden sich Kiemen auf oder in der Nähe des Kopfes des Tieres paarweise mit einer auf jeder Seite, und die Anzahl der Sätze variiert je nach Art des Wassertieres. Jeder wird durch eine Struktur namens Kiemenklappe geschützt, die wie ein langer, tiefer, leicht gebogener Schlitz in der Haut aussieht. Die Klappe bedeckt und schützt die Struktur der Kieme und hilft auch, Wasser über ihre Oberfläche zu leiten.
Eine Kieme funktioniert, indem sie enorme Wassermengen filtert, die durch die Struktur fließen. Wenn Wasser durch die Klappe eindringt, werden große Partikel durch Strukturen entfernt, die Kiemenrechen genannt werden, die wie ein Sieb aus Weichgewebe sind. Dann erreicht das Wasser die Filamente, die aus rötlich gefärbtem Weichgewebe bestehen und einem feinzinkigen Kamm ähneln. Die Filamente haben eine große dem Wasser ausgesetzte Oberfläche mit einer Vielzahl von winzigen dünnwandigen Blutgefäßen sehr nahe an der äußeren Membran.
Wenn das Wasser durch die Filamente strömt, kann Sauerstoff die Wände der winzigen Blutgefäße passieren und in den Blutkreislauf gelangen. Kohlendioxid kann auch durch die Gefäßwände aus dem Blut austreten, sodass es von den Kiemen wieder ins Wasser abgegeben werden kann. Da im Wasser eine viel geringere Sauerstoffkonzentration vorhanden ist als in der Luft, müssen enorme Mengen durch die Kiemen gelangen, um genügend Gas zu liefern, um das Leben zu erhalten. Zusätzlich zu dem Wasser, das beim Schwimmen des Wasserorganismus natürlich angesaugt wird, können viele Tiere mehr saugen, indem sie ihre Kiemen „aufpumpen“, wenn zusätzliche Mengen benötigt werden. Kiemen sind äußerst effiziente Atmungsorgane, von denen viele Wissenschaftler glauben, dass sie seit Millionen von Jahren verwendet werden, seit die ersten Lebewesen im Meer zu leben begannen.