Дихання та газообмін у тварин. Матеріал для учнів 7 класу.

  

ДИХАННЯ ТА ГАЗООБМІН У ТВАРИН

ЯКЕ БІОЛОГІЧНЕ ЗНАЧЕННЯ ПРОЦЕСІВ ГАЗООБМІНУ?
Суть газообміну полягає в надходженні із зовнішнього середовища кисню (О₂) і виділенні в довкілля певної суміші газів, зокрема вуглекислого (CO₂). Оксиген (О) є одним з елементів, які беруть участь у багатьох хімічних реакціях, що відбуваються всередині клітин. Отже, обмін речовин є важливою ланкою процесів обміну речовин та енергії є процеси дихання.
Пригадайте, в одноклітинних організмів, що мешкають у водному середовищі, газообмін відбувається через поверхню клітини. У більшості багатоклітинних тварин процес дихання складається з декількох етапів. Кисень через шкірні покриви та/або через органи дихання надходить в організм. Далі поширюється по ньому з порожнинною рідиною та/або з кров’ю. Наступний етап - надходження кисню в клітини. Там він окиснює органічні речовини, унаслідок чого виділяється необхідна організму енергія. Важлива роль у цих процесах належить органелам клітини - мітохондріям. У них утворюються особливі сполуки (скорочено їх позначають АТФ), здатні накопичувати енергію.
У процесах окиснення органічних сполук - білків, жирів і вуглеводів - утворюються різні гази, зокрема СО₂ азот (N₂) та ін. Вони видаляються з клітин до порожнинної рідини та/або в кров, а з ними - до органів дихання та/або покривів. Далі вони виводяться з організму назовні.
Щоб донести кисень до кожної клітини, у тварин розвинулися спеціальні пристосування, які вбирають його з повітря або води.

Мал. 184. Схема газообміну через шкіру (1) та за допомогою зябер (2)

ЯКІ ОСОБЛИВОСТІ ГАЗООБМІНУ В БЕЗХРЕБЕТНИХ ТВАРИН?
У багатьох безхребетних немає спеціалізованих органів дихання. Так, у дощових черв’яків кисень надходить через зволожені покриви у кров, яка транспортує його по тілу (мал. 181, 1). У багатощетинкових кільчастих червів можуть утворюватись тонкостінні вирости покривів - зябра (мал. 184, 2), що забезпечують поглинання кисню з води. Кисень у зябра, так само, як і через покриви, надходить шляхом дифузії. Пригадайте: дифузія - процес проникнення молекул або атомів з ділянки, де їхня концентрація вища, туди, де їхня концентрація нижча. У водних тварин значна кількість кисню потрапляє в організм також через покриви.
У ракоподібних зябра - це тонкостінні вирости тіла або кінцівок. У павукоподібних і комах органи, які забезпечують дихання атмосферним киснем, - це трахеї та легеневі мішки.
Трахеї - розгалужені трубочки, які складаються з одношарового епітелію і вистелені кутикулою. Розгалужуючись, трахеї проникають до всіх органів і навіть клітин комах (мал. 185, 1).
Легеневі мішки (мал. 185, 2) - це мішкоподібні вип’ячування зі складчастими стінками, які відкриваються назовні вузенькими щілинами - дихальцями. За походженням це видозмінені черевні кінцівки. Кисень через дихальця потрапляє в порожнину легеневих мішків і далі через вип’ячування їхніх стінок - у гемолімфу. Легеневі мішки притаманні деяким представникам павукоподібних (наприклад, багатьом павукам). Цікаво, що більшість видів павуків мають одночасно і трахеї, і легеневі мішки.

Мал. 185. Органи дихання наземних безхребетних тварин: 1 - трахеї комах; 2 - легеневі мішки павукоподібних; 3 - легеня наземних черевоногих молюсків

Мал. 186. Павук-сріблянка в повітряному дзвоні

Лише один вид павуків - сріблянка - мешкає у воді (мал. 186). Цей павук трапляється й у прісних водоймах України. Залози сріблянки виділяють жироподібну речовину, яка змащує волоски черевця. Тому вони не змочуються водою і між ними накопичується повітря, що надає павуку під водою сріблястого вигляду (звідки й походить назва). На власному тілі сріблянка заносить атмосферне повітря у своє підводне гніздо дзвоноподібної форми. Це дає змогу павуку тривалий час перебувати під водою. Лише зрідка сріблянка піднімається до поверхні води, аби поповнити запаси повітря. Таким чином, цей павук, що став мешканцем водойм, усе одно дихає атмосферним повітрям.
У наземних і деяких прісноводних черевоногих молюсків органом дихання слугує легеня - видозмінена ділянка мантії, де розгалужуються кровоносні судини (мал. 185, 3).
ЯКІ ОРГАНИ ДИХАННЯ ПРИТАМАННІ ХОРДОВИМ ТВАРИНАМ?
•  Органи дихання риб - зябра (мал. 187) - розташовані з обох боків зябрових дуг. Ззовні кожного краю зябрової дуги є два ряди зябрових пелюсток червоного кольору. У них розгалужуються кровоносні судини і відбувається газообмін. Завдяки рухам зябрових кришок вода проходить через ротовий отвір, глотку та зяброві щілини, омиваючи зяброві пелюстки. Коли зяброві крипти повертаються у вихідне положення, вода виходить з-під них назовні. Хрящові риби зябрових кришок не мають: зяброві щілини в них відкриваються назовні самостійними отворами.
З внутрішнього боку зябрової дуги розміщені біляві зяброві тичинки, які слугують своєрідним фільтруючим апаратом. Вони запобігають потраплянню їжі та сторонніх часток з водою на зяброві пелюстки.
•   Личинки амфібій дихають також зябрами, але в дорослому віці вони здебільшого дихають атмосферним киснем за допомогою легень - парних комірчастих мішків (мал. 188,1). Парні ніздрі з клапанами ведуть до ротоглоткової порожнини, звідки повітря потрапляє до легень. Під час вдиху у тварини опускається дно ротоглоткової порожнини, яка заповнюється повітрям, що проходить через ніздрі. Потім це дно піднімається і проштовхує повітря в легені (клапани перешкоджають виходу повітря через ніздрі).

Maл. 137. Схема газообміну в зябрах риби: 1 - зябра; 2 - зяброві пелюстки; 3 - зяброві тичинки; 4 - зяброва дуга

Мал. 188. Органи дихання хордових тварин - мешканців наземнoгo середовища: 1 - амфібій; 2 - плазунів; 3 - птахів; 4 - ссавців (назвіть ускладнення в їхній будові)

Тривале перебування амфібій під водою забезпечує, й ще шкірне дихання. Суха шкіра не здатна пропускати гази (як і в дощових черв’яків), тому вона постійно зволожується слизом.
• Порівняно з амфібіями легені рептилій мають складнішу будову: у них є система перетинок, які збільшують поверхню газообміну (мал. 188, 2). Крім того, дихальні шляхи складаються з послідовно з’єднаних гортані, трахеї та бронхів (в амфібій вони відсутні). Трахея розгалужується на два бронхи, що заходять до легень. У рептилій складніший і механізм дихання. Повітря надходить до легень і виходить з них завдяки скороченню міжреберних м’язів, які рухають ребра. Унаслідок цього змінюється об’єм порожнини тіла. Якщо об’єм порожнини тіла збільшується - відбувається вдих, якщо зменшується - видих.
• Особливості будови дихальної системи птахів, насамперед, спрямовані на ефективне забезпечення енергією організму птахів під час польоту та зменшення маси їхнього тіла. Дихальні шляхи починаються ніздрями, які відкриваються в носову порожнину. Звідти повітря потрапляє до верхньої гортані, що переходить у трахею, де в місці поділу на два бронхи розташовані голосові зв’язки (на відміну від інших тварин).
Легені птахів мають губчасту будову, що збільшує їхню поверхню для газообміну (мал. 188, 3). Бронхи, які входять у легені, розгалужуються. їхні головні відгалуження розширюються і поза легенями відкриваються в тонкостінні повітряні мішки, розташовані між внутрішніми органами птаха. Завдяки повітряним мішкам птахам притаманне подвійне дихання. Під час вдиху повітря проходить через легені, де кисень надходить у кров. Частина багатого на кисень повітря, минаючи легені, відразу спрямовується до задніх повітряних мішків. Під час видиху це повітря проходить через легені, де кисень знову потрапляє у кров. Отже, у птахів кисень надходить у кров як під час вдиху, так і під час видиху.
• Дихальні шляхи ссавців (мал. 188, 1) починаються носовою порожниною, куди ведуть парні ніздрі, і включають носоглотку, гортань (де розташовані голосові зв’язки), трахею та парні бронхи. Бронхи заходять у губчасті легені і розгалужуються на дрібні бронхіоли. Бронхіоли закінчуються дрібними міхурцями - альвеолами, стінки яких обплутані капілярами. Завдяки великій кількості альвеол значно збільшується поверхня легенів, через яку відбувається газообмін.
Дихальні рухи у ссавців здійснюються завдяки скороченню та розслабленню міжреберних м’язів, діафрагми та м’язів стінки черевної порожнини. Діафрагма - це м’яз, що поділяє порожнину тіла на грудну та черевну.