Дихання організмів. Газообмін
Підтримання обміну речовин. Переважна більшість живих організмів для дихання потребують постійного надходження кисню. Кисень засвоюється організмом або з атмосферного повітря, або з води, в якій він розчинений.
Дихання – це процес, за допомогою якого живі організми вивільняють енергію з поживних речовин. Коли дихання протікає в клітинах, його називають клітинним (тканинним) або внутрішнім диханням. (Процес клітинного дихання було розглянуто в § 13.) Якщо для цього процесу потрібний кисень, то дихання називають аеробним. Якщо ж реакції відбуваються за відсутності кисню, то дихання анаеробне. Анаеробними організмами є деякі бактерії, що одержують енергію в процесі безкисневого розщеплення вуглеводів або амінокислот. Анаеробами є, наприклад, такі бактерії, як палички ботулізму і гангрени.
Клітинне (внутрішнє) дихання не слід плутати з двома процесами: поглинанням кисню з навколишнього середовища і виділенням вуглекислого газу в середу. У сукупності ці два процеси становлять газообмін, або зовнішнє дихання.
Газообмін. Зовнішнє дихання, або газообмін, являє собою сукупність процесів, що забезпечують надходження в організм кисню для використання його в біологічному окисленні органічних речовин і видалення з організму вуглекислого газу, що утворився в процесі окислення.
Яким би не був процес дихання – аеробним або анаеробним, між організмом і середовищем безперервно повинен відбуватися обмін газами. Аеробних організмів для окислення поживних речовин і отримання енергії потрібен надходить з навколишнього середовища кисень, а в навколишнє середовище аероби і більшість анаеробів виділяють кінцевий продукт дихання – вуглекислий газ.
Газообмін відбувається на поверхні дихальних органів або клітинних мембран, званих дихальної поверхнею. Дихальна поверхня задовольняє декільком умовам: вона проникна для газів; тонка, у зв’язку з чим дифузія газів ефективна; волога, оскільки гази дифундують тільки в розчиненому вигляді; має відносно велику площу, через неї обмінюються достатні кількості газів відповідно до потреб організму.
Газообмін у тварин. У одноклітинних тварин, наприклад у звичайної амеби, що живе у водному середовищі, газообмін відбувається шляхом дифузії через всю зовнішню цитоплазматическую мембрану, що цілком забезпечує потреби амеби в кисні (рис. 21).
У кишковопорожнинних, наприклад у гідри прісноводної, всі клітини перебувають у контакті з водним середовищем, і у кожної з цих клітин газообмін відбувається через мембрану, стикається з водою.
У плоских хробаків газообмін залежить від способу життя тварини. Наприклад, у свободноживущего хробака – молочної планарії (див. Рис. 21) – кисень надходить в організм шляхом дифузії через всю поверхню тіла. Молочна планария живе в добре аеріруемих водоймах.
А ось такі плоскі черв’яки, як свинячий і бичачий ціп’яки, паразитують у кишечнику людини, де кисню дуже мало. У таких умовах вони проявляють себе як анаероби.
У кільчастих хробаків спеціальної дихальної системи немає, і газообмін здійснюється шляхом дифузії через всю поверхню тіла. Такий обмін повністю задовольняє потреби в кисні кільчастих хробаків.
Зі збільшенням розмірів тіла відношення поверхні тіла до його об’єму зменшується, оскільки зменшується число клітин, що безпосередньо контактують із зовнішнім середовищем. Проста дифузія газів вже не може забезпечити достатній приплив кисню до тих клітинам, які не перебувають у прямому контакті з зовнішнім середовищем. До того ж нерідко у великих тварин зважаючи активності процесів обміну речовин зростає потреба в кисні.
Підвищена потреба організмів у кисні привела в процесі еволюції до того, що деякі ділянки тіла тварин перетворилися на спеціалізовані дихальні поверхні. У різних тварин типи дихальних поверхонь різні (рис. 22).
Зазвичай площа дихальних поверхонь (наприклад, площа дихальних шляхів і легенів) значна, і часто ці поверхні пов’язані з кровоносною системою. Кровоносна система забезпечує зв’язок дихальної поверхні з усіма тканинами і сприяє безперервному обміну киснем і вуглекислим газом між органами дихання і тканинами всіх інших органів. Присутність в крові особливого дихального пігменту, наприклад гемоглобіну, дозволяє крові здійснювати більш інтенсивний перенесення кисню і вуглекислого газу.
У членистоногих, наприклад у комах, газообмін відбувається через систему розгалужених трубочок – трахей, завдяки чому кисень з повітря надходить безпосередньо до тканин, і необхідність в транспортуванні його кров’ю відпадає.
Органи дихання у риб представлені зябрами, пелюстки яких пронизані численними капілярами. Зябра постійно омиваються потоком води, в якій розчинений кисень.
У процесі еволюції у земноводних з’явилися спеціальні органи – легені, хоча газообмін частково здійснюється і через шкіру, н через слизову оболонку ротової порожнини.
У птахів в процесі еволюції виробився високоефективний механізм газообміну. Крім легенів у них є повітряні мішки, розташовані між внутрішніми органами і м’язами. Ці мішки служать додатковими резервуарами повітря.
У легких ссавців налічуються сотні мільйонів альвеол – легеневих пухирців. Всі альвеоли і створюють ту дихальну поверхню, через яку у ссавця відбувається газообмін.
Газообмін у рослин. Інтенсивність обміну речовин у рослин менше, ніж у тварин. Процес газообміну у рослин, з одного боку, забезпечує дихання (т. Е. Надходження кисню і виділення вуглекислого газу), а з іншого – постачає вуглекислим газом і виводить кисень при фотосинтезі.
У деяких нижчих рослин (у водоростей) газообмін здійснюється шляхом дифузії газів через всю поверхню, а у великих квіткових рослин кисень в основному надходить через продихи листків (і зелених стебел у трав’янистих рослин). Усередині рослини кисень надходить в повітроносні межклетники, а потім досягає клітин і розчиняється у волозі, що покриває клітинні стінки. Звідси кисень дифундує вже всередину клітин. Вуглекислий газ рухається по рослині тим же шляхом, але у зворотному напрямку.
Таким чином, всі рослини, тварини і бактерії (за винятком організмів-анаеробів) поглинають кисень із зовнішнього середовища і в неї ж виділяють вуглекислий газ, хоча шляхи газообміну у різних організмів різні.
(2 votes, average: 4.50 out of 5)