Рассмотрите рисунки 100-108. Какие органы обеспечивают дыхание изображенных на рисунках организмов? Чем представлены транспортные системы у изображенных на рисунках организмов?
Дыхание, или газообмен включает процессы поступления и использования кислорода, а также удаления углекислого газа, паров воды и других конечных продуктов обмена веществ. Значение дыхания для организма состоит в освобождении энергии, заключенной в органических веществах. Необходимый для окисления органических веществ кислород организмы получают или непосредственно из атмосферы, либо из воды, в которой он растворен.
Различают дыхание внешнее и внутреннее. Газообмен между организмом и внешней средой, включающий в себя поглощение кислорода и выделение углекислого газа, а также транспорт этих веществ к отдельным органам, тканям и клеткам, называют внешним дыханием. В этом процессе кислород не используется, а только транспортируется.
Внутреннее, или клеточное дыхание, включает в себя биохимические процессы, которые приводят к освобождению энергии, образованию воды и углекислого газа. В клетках организма кислород окисляет органические вещества до углекислого газа и воды, при этом образующаяся энергия запасается в молекулах АТФ.
Дыхание растений. У растений дыхание присуще всем органам и тканям. Водные растения дышат кислородом, растворенным в воде, поступающим через всю поверхность тела путем диффузии. Некоторые водные растения, например, кувшинки, имеют воздухоносные полости, обеспечивающие проведение воздуха и удерживающие растение в толще воды (рис. 100).
Наземные растения для дыхания используют атмосферный кислород, проникающий через устьица листьев и зеленых побегов, а также через кожицу молодых корней и чечевички стеблей. Кроме того, растения для дыхания используют кислород, образовавшийся в результате фотосинтеза в межклетниках листа. Дышат растения и днем, и ночью. Днем вдыхается в основном атмосферный кислород, а ночью, когда устьица закрыты, усваивается кислород, накопленный в листьях.
Рис. 100. Кувшинка белая: 1 - устьица в верхнем эпидермисе плавающего листа; 2 — воздухоносные полости; 3 — корневище в грунте водоема
Интенсивность дыхания у разных органов растения неодинакова. Особенно интенсивно дышат молодые и быстро растущие органы. Например, сухие семена дышат сравнительно медленно, но стоит только создать необходимые условия для их прорастания, как дыхание семян усиливается.
Дыхание животных. Одноклеточные животные, или простейшие, дышат путем диффузии газов через плазматическую мембрану. Диффузия обеспечивает также кожное дыхание кишечнополостных и большинства червей, осуществляемое через покровы тела, проницаемые для газов. Однако у большинства многоклеточных животных развились специальные органы дыхания. Главными в них являются дыхательные поверхности, которые имеют значительную площадь и связаны с кровеносной системой, обеспечивающей доставку дыхательных газов к тканям и клеткам организма.
Так, водные членистоногие, например, речные раки, дышат с помощью жабр - выростов кожных покровов, пронизанных густой сетью кровеносных сосудов (рис. 101, 1). У наземных беспозвоночных, например, насекомых, дыхательная система представлена трахеями - хитиновыми трубочками, пронизывающими все тело животных, и открывающимися наружу дыхальцами (рис. 101, 2).
Рис. 101. Органы дыхания ракообразных и насекомых: 1 - жабры речного рака; 2 - трахейная система майского жука
Кислород поступает непосредственно к органам и тканям, поэтому необходимость в его транспортировке кровью отпадает.
Рис. 102. Жабры рыб и усложнение строения легких у позвоночных животных
У позвоночных животных, в том числе и у человека, дыхание осуществляется через органы дыхания (рис. 102), а газы переносит кровь. Органами дыхания водных позвоночных животных, например, рыб, служат жабры, пронизанные густой сетью кровеносных сосудов. Легочное дыхание характерно для большинства наземных позвоночных животных. Легкие представляют собой тонкостенные полые мешки, стенки которых оплетены густой сетью кровеносных сосудов. Наиболее простое строение имеют легкие у земноводных, так как наряду с легочным дыханием, у этих животных осуществляется и кожное.
Наибольшего совершенства органы дыхания достигли у млекопитающих, в том числе и у человека (рис. 103). Площадь дыхательной поверхности легких, например, у человека, в десятки раз превосходит площадь тела (до 100 м2). Легкие состоят из альвеол - легочных пузырьков, оплетенных густой сетью капилляров. Через стенки альвеол и капилляров происходит газообмен, т.е. внешнее дыхание.
Рис. 103. Органы дыхания человека: 1 - носовая полость; 2 - носоглотка; 3 — гортань; 4 — трахея; 5 — бронхи; 6 — легкие
Рис. 104. Дыхательные движения человека
Вентиляция легких осуществляется за счет дыхательных движений - вдоха и выдоха. Например, у человека вдох происходит благодаря сокращению межреберных мышц и опусканию диафрагмы, в результате чего объем грудной полости увеличивается, и в легких создается пониженное давление (рис. 104). Разница между атмосферным и внутрилегочным давлениями приводит к всасыванию воздуха по дыхательным путям (носовая полость, глотка, трахея, бронхи) в легкие. Выдох происходит в значительной степени пассивно. Ребра под действием собственной тяжести опускаются, диафрагма возвращается в исходное положение, объем грудной полости уменьшается, и воздух выдавливается из легких.
Транспорт веществ. Транспорт веществ в организме обеспечивает доставку необходимых соединений к тканям и клеткам, их всасывание, а также удаление продуктов метаболизма. У одноклеточных организмов транспорт осуществляется через плазматическую мембрану, благодаря диффузии и движению цитоплазмы. У многоклеточных организмов клетки удалены друг от друга. Поэтому в их телах имеются специальные транспортные системы, обеспечивающие перенос нужных веществ на значительное расстояние.
Транспорт веществ у растений. Передвижение воды, минеральных и органических веществ у высших растений осуществляется по проводящим тканям, образующим проводящую систему.
Транспорт воды и минеральных веществ в растении происходит по сосудам древесины восходящим током от корня в стебель, а оттуда - во все другие органы (рис. 105). Водные растворы минеральных веществ транспортируются в растении благодаря корневому давлению и листьям, которые испаряют воду и присасывают новые порции воды из сосудов.
Транспорт растворов органических веществ идет по ситовидным трубкам луба нисходящим током. Основную массу переносимых по ситовидным трубкам веществ составляют растворимые сахара. Летом транспорт идет преимущественно вниз, от листьев к корням и запасающим органам растения. Весной растворы двигаются в обратном направлении - вверх к развертывающимся почкам и растущим побегам.
Транспорт веществ у животных.
У большинства многоклеточных животных транспорт веществ обеспечивает кровеносная система. Главная ее функция состоит в переносе питательных веществ и газов из одной части организма в другую, осуществляемом при кровообращении - непрерывной циркуляции крови. Кровеносная система может быть двух типов: замкнутая и незамкнутая. При замкнутой кровеносной системе кровь циркулирует по кровеносным сосудам благодаря сокращениям сердца. По многочисленным капиллярам кровь доставляет ко всем органам и тканям тела животных кислород и питательные вещества, удаляя от них углекислый газ и продукты обмена веществ. Такой тип кровеносной системы характерен для кольчатых червей (рис. 106) и хордовых животных (рис. 108).
При незамкнутой кровеносной системе кровь из сосудов изливается в полости тела, где омывает внутренние органы и снова собирается в сердце (у ракообразных, паукообразных, насекомых). У насекомых кровеносная система не используется для транспорта дыхательных газов, так как эту функцию полностью выполняют трахеи (рис. 107).
Рис. 105. Транспорт воды и минеральных веществ в растении: 1 — корневое давление; 2 — водяные столбики в сосудах древесины; 3 — испарение воды листьями
Рис. 106. Кровеносная система кольчатого (дождевого) червя: 1 - спинной сосуд; 2 - брюшной сосуд; 3 - «сердца»; 4 - кольцевые сосуды
Рис. 107. Кровеносная система насекомого: 1 — сердце; 2 — аорта; 3 — мышцы, обеспечивающие работу сердца
У позвоночных животных, в том числе и у человека, замкнутая кровеносная система состоит из сердца и кровеносных сосудов, образующих круги кровообращения. Строение кровеносной системы у позвоночных животных усложняется от рыб к птицам и млекопитающим. Так, кровеносная система рыб образована двухкамерным сердцем и сосудами одного круга кровообращения. В сердце рыб кровь венозная. Ее превращение в артериальную кровь происходит в капиллярах жабр. У остальных позвоночных животных в кровеносной системе два круга кровообращения: малый (легочный) и большой. В такой кровеносной системе каждая порция крови, выбрасываемая сердцем за одно сокращение, проходит через него дважды. Сначала кровь выталкивается сердцем в малый круг кровообращения, который проходит через легкие, где обогащается кислородом. Затем, кровь возвращается обратно в сердце, где, прежде чем она попадет в большой круг кровообращения, давление ее в результате нового сокращения сердца повышается.
Из сердца кровь затем разносится ко всем органам, которым она отдает кислород и питательные вещества. От органов кровь собирает углекислый газ и другие конечные продукты обмена веществ, поступающие в легкие и почки. В трехкамерном сердце земноводных в левом предсердии кровь по составу артериальная, а в правом предсердии - венозная. В желудочке сердца земноводных кровь становится смешанной. За счет неполной перегородки в желудочке трехкамерного сердца пресмыкающихся кровь у них становится частично несмешанной. У птиц и млекопитающих благодаря четырехкамерному сердцу, кровь полностью разделена на артериальную и венозную, что обеспечивает высокий уровень обмена веществ в организме.
Рис. 108. Усложнение строения кровеносной системы у позвоночных животных
Дыхание (газообмен): диффузное, кожное; органы дыхания: жабры, трахеи, легкие, воздушные мешки, альвеолы; проводящая система, транспорт веществ; кровеносная система: сердце, кровеносные сосуды; кровообращение: большой и малый круги кровообращения.
1. Что такое дыхание? Каково его значение для организма? 2. С помощью каких органов дышат растения? 3. Как осуществляется дыхание у одноклеточных животных? 4. В каком направлении шло усложнение строения органов дыхания у позвоночных животных? 5. Какое значение для организма имеет транспорт неорганических и органических веществ? 6. Как в растении перемещаются водные растворы веществ? 7. Как происходит передвижение веществ у одноклеточных организмов? 8. В связи с чем у многоклеточных животных развивается специальная транспортная система - кровеносная? 9. Какие типы кровеносной системы животных вам известны? В чем их различие?