Дыхание в листьях растений происходит Процесс газообмена

Что такое газообмен между растением и атмосферой

Растения расходуют на единицу массы меньше энергии, чем животные, поскольку интенсивность метаболизма у них ниже. Поэтому им нетребуется и столь же интенсивный газообмен, как у более сложно организованных животных, — достаточно воздуха, диффундирующего по межклетникам. Какие-либо специализированные вентиляционные механизмы у растений отсутствуют.

У цветковых растений газообмен осуществляется путем диффузии через устьица на листьях и на зеленых стеблях, а также через чечевички и трещины в коре на одревесневших стеблях. Листья тонкие и площадь поверхности у них велика, о чем уже говорилось в нашей статье, поэтому газообмен идет главным образом через них. В листьях двудольных эффективную диффузию обеспечивает губчатый мезофилл с его крупными межклетниками. Довольно крупные заполненные воздухом полости примыкают также к устьицам.

газообен у цветковых

Поскольку работа всей этой системы зависит от диффузии, ясно, что диффундировать из растения во внешнюю среду тем же путем может и вода. Здесь кроется известная опасность — при чрезмерной потере воды растения завядают. Даже небольшой водный дефицит может затормозить рост растения (а значит, и снизить урожай, если речь идет о культурных растениях). У растений имеются защитные механизмы, позволяющие им закрывать устьица, если воды не хватает. В этом участвуют гормоны растений, в частности абсцизовая кислота.

Внутри растения распространение кислорода определяется диффузионными градиентами в воздухоносных межклетниках. По этим путям кислород достигает клеток и растворяется во влаге, покрывающей клеточные стенки. Отсюда он диффундирует уже внутрь клеток. СО2 движется по растению тем же путем, но в обратном направлении.

Осложняет ситуацию фотосинтез. В хлоропластах в качестве побочного продукта этого процесса образуется кислород. Этот кислород может здесь же использоваться для дыхания митохондриями, содержащимися в тех же клетках. Сходным образом обстоит дело и с СО2, образующимся при дыхании: хлоропласты могут использовать его для фотосинтеза.

Источник



ГАЗООБМЕ́Н

ГАЗООБМЕ́Н (био­ло­гич.), об­мен га­зов ме­ж­ду ор­га­низ­мом и внеш­ней сре­дой в про­цес­се ды­ха­ния. В ор­га­низ­мы по­сту­па­ет ки­сло­род (O2), ко­то­рый за­тем ис­поль­зу­ет­ся для окис­ле­ния со­еди­не­ний, во­вле­кае­мых в об­мен ве­ществ; в ре­зуль­та­те ос­во­бо­ж­да­ет­ся энер­гия, не­об­хо­ди­мая для жиз­не­дея­тель­но­сти, и об­ра­зу­ют­ся ко­неч­ные про­дук­ты об­ме­на, в т. ч. ди­ок­сид уг­ле­ро­да (CO2) и не­зна­чит. ко­ли­че­ст­во др. га­зо­об­раз­ных со­еди­не­ний. Ор­га­низ­мы по­лу­ча­ют не­об­хо­ди­мый им O2 ли­бо из ат­мо­сфе­ры, ли­бо из во­ды, в ко­то­рой он рас­тво­рён. Г. осу­ще­ст­в­ля­ет­ся пу­тём диф­фу­зии га­зов не­по­сред­ст­вен­но че­рез по­верх­ность кле­ток.

Газообмен у животных

У про­стей­ших, ки­шеч­но­по­ло­ст­ных и чер­вей Г. про­ис­хо­дит че­рез по­кро­вы те­ла. У на­се­ко­мых и пау­ко­об­раз­ных по­яв­ля­ет­ся сис­те­ма тру­бо­чек (тра­хей), с по­мо­щью ко­то­рых O2 по­сту­па­ет не­по­сред­ст­вен­но к тка­ням те­ла. У ра­ко­об­раз­ных, рыб и не­ко­то­рых др. ор­га­низ­мов для Г. слу­жат жаб­ры, а у боль­шин­ст­ва по­зво­ноч­ных – лёг­кие. У зем­но­вод­ных по­ми­мо лёг­ких в Г. уча­ст­ву­ют ко­жа и эпи­те­лий, вы­сти­лаю­щий ро­то­вую по­лость.

У мн. жи­вот­ных и че­ло­ве­ка Г. осу­щест­в­ля­ет­ся при уча­стии ды­ха­тель­ных пиг­мен­тов (ме­тал­ло­про­теи­нов кро­ви или ге­мо­лим­фы), спо­соб­ных об­ра­ти­мо свя­зы­вать­ся с $\ce$ и слу­жить его пе­ре­нос­чи­ка­ми. При вы­со­ких кон­цен­тра­ци­ях $\ce$ пиг­мент лег­ко его при­сое­ди­ня­ет, а при низ­ких – от­да­ёт (в свя­зы­ва­нии $\ce$ уча­ст­ву­ют гл. обр. ио­ны же­ле­за или ме­ди). У по­зво­ноч­ных и мн. бес­по­зво­ноч­ных жи­вот­ных та­ким пиг­мен­том яв­ля­ет­ся ге­мо­гло­бин, у ря­да бес­по­зво­ноч­ных – ге­мо­циа­нин, ге­мо­эрит­рин и хло­ро­куо­рин. Лишь не­зна­чит. до­ля (ок. 5%) все­го по­сту­паю­ще­го из кле­ток в кровь $\ce$ на­хо­дит­ся в рас­тво­рён­ном со­стоя­нии; осн. его часть (ок. 80%) при уча­стии фер­мен­та кар­бо­ан­гид­ра­зы пре­вра­ща­ет­ся в уголь­ную ки­сло­ту, ко­то­рая дис­со­ции­ру­ет на кар­бо­нат­ные и гид­ро­кар­бо­нат­ные ио­ны; т. о., су­ще­ст­ву­ет рав­но­ве­сие ме­ж­ду рас­тво­рён­ны­ми $\ce$ и $\ce>$. Кро­ме то­го, 6–7% $\ce$ мо­жет взаи­мо­дей­ст­во­вать так­же с ами­но­груп­па­ми бел­ков (в т. ч. ге­мо­гло­би­на) с об­ра­зо­ва­ни­ем кар­ба­ми­но­вых со­еди­не­ний. От­но­ше­ние уда­ляе­мо­го из ор­га­низ­ма $\ce<СО_2>$ к по­гло­щён­но­му за то же вре­мя О2 на­зы­ва­ет­ся ды­ха­тель­ным ко­эф­фи­ци­ен­том, ко­то­рый ра­вен при­мер­но 0,7 при окис­ле­нии жи­ров, 0,8 при окис­ле­нии бел­ков и 1,0 при окис­ле­нии уг­ле­во­дов. Ко­ли­че­ст­во энер­гии, ос­во­бо­ж­даю­щей­ся при по­треб­ле­нии 1 л $\ce$, со­став­ля­ет 20,9 кДж (5 ккал) при окис­ле­нии уг­ле­во­дов и 19,7 кДж (4,7 ккал) при окис­ле­нии жи­ров. Т. о., по по­треб­ле­нию $\ce$ в еди­ни­цу вре­ме­ни и по ды­ха­тель­ному ко­эф­фи­ци­ен­ту мож­но рас­счи­тать ко­ли­че­ст­во ос­во­бо­див­шей­ся в ор­га­низ­ме энер­гии, оце­нить ин­тен­сив­ность окис­ли­тель­но-вос­ста­но­ви­тель­ных про­цес­сов, про­ис­хо­дя­щих во всех ор­га­нах и тка­нях.

Г. у жи­вот­ных уменьша­ет­ся с по­ни­же­ни­ем темп-ры те­ла, а при её по­вы­шении – уве­ли­чи­ва­ет­ся. У че­ло­ве­ка по­треб­ле­ние $\ce$ мо­жет воз­рас­тать с 200–300 мл/мин в со­стоя­нии по­коя до 2000–3000 мл/мин при фи­зич. ра­бо­те, а у хо­ро­шо тре­ни­ро­ван­ных спорт­сме­нов – до 5000 мл/мин. Со­от­вет­ст­вен­но уве­ли­чи­ва­ют­ся вы­де­ле­ние $\ce$ и рас­ход энер­гии; про­ис­хо­дят сдви­ги ды­ха­тель­но­го ко­эф­фи­ци­ен­та. Срав­нит. по­сто­ян­ст­во Г. обес­пе­чи­ва­ет­ся при­спо­со­би­тель­ны­ми (ком­пен­са­тор­ны­ми) ре­ак­ция­ми сис­тем ор­га­низ­ма, уча­ст­вую­щих в Г. и ре­гу­ли­руе­мых нерв­ной сис­те­мой как не­по­сред­ст­вен­но, так и че­рез эн­док­рин­ную сис­те­му. Г. у че­ло­ве­ка и жи­вот­ных ис­сле­ду­ют в ус­ло­ви­ях пол­но­го по­коя, на­то­щак, при темп-ре 18–22 °С. При ис­сле­до­ва­ни­ях Г. оп­ре­де­ля­ют объ­ём вды­хае­мо­го и вы­ды­хае­мо­го воз­ду­ха и его со­став (при по­мо­щи га­зовых ана­ли­за­то­ров), что по­зво­ля­ет вы­чис­лять ко­ли­че­ст­ва по­треб­ляе­мо­го $\ce$ и вы­де­ляе­мо­го $\ce$. См. так­же Ды­ха­ние, Ды­ха­ния ор­га­ны.

Газообмен у растений

Газообмен у растений со­про­во­ж­да­ет как ды­ха­ние, так и фо­то­син­тез: во вре­мя фо­то­син­те­за по­гло­ща­ет­ся $\ce$, вы­де­ля­ет­ся $\ce$, а при ды­ха­нии – на­оборот. Как все жи­вые ор­га­низ­мы, рас­те­ния ды­шат 24 ч в су­тки, фо­то­син­тез же идёт толь­ко на све­ту. Днём, как пра­ви­ло, фо­то­син­тез идёт бы­ст­рее ды­ха­ния, к ве­че­ру ско­рость его сни­жа­ет­ся и в оп­ре­де­лён­ный мо­мент ста­но­вит­ся рав­ной ско­ро­сти про­ис­хо­дя­ще­го од­но­вре­мен­но ды­ха­ния. При этом Г. не ре­ги­ст­ри­ру­ет­ся (со­стоя­ние ком­пен­са­ции). При даль­ней­шем умень­ше­нии ос­ве­щён­но­сти ды­ха­ние на­чи­на­ет пре­об­ла­дать, а в тем­но­те про­ис­хо­дит толь­ко вы­де­ле­ние $\ce$, об­ра­зую­ще­го­ся в ре­зуль­та­те ды­ха­ния.

Г. ли­сть­ев, мо­ло­дых стеб­лей, цвет­ков про­ис­хо­дит че­рез усть­ица (с по­мо­щью от­кры­ва­ния и за­кры­ва­ния по­след­них рас­те­ние ре­гу­ли­ру­ет ско­рость Г.). На ста­рых стеб­лях усть­ица за­ме­ня­ют­ся все­гда от­кры­ты­ми че­че­вич­ка­ми (от­вер­стия­ми в проб­ке), по­это­му Г. ста­рых стеб­лей рас­те­ние ре­гу­ли­ро­вать не мо­жет. Ско­рость Г. раз­лич­на у рас­те­ний раз­ных ви­дов, в раз­ных ор­га­нах и тка­нях од­ного рас­те­ния. Она за­ви­сит от внеш­них фак­то­ров и фи­зио­ло­гич. со­стоя­ния кле­ток. По ко­ли­че­ст­ву вы­де­лен­но­го или по­гло­щён­но­го $\ce$ или $\ce$ оп­ре­де­ля­ют ско­рость фо­то­син­те­за или ды­ха­ния то­го или ино­го рас­те­ния или ор­га­на.

Читайте:  Мужским репродуктивным органом цветкового растения является

Источник

Bio-Lessons

Растения, как все живые организмы, в процессе дыхания поглощают кислород и выделяют углекислый газ. Газообмен у них происходит через устьица на листьях, а также через чечевички на стеблях и трещины в коре. Внутри тканей кислород следует по межклетникам, потом проникает в клетки. Доступ кислорода ко всем органам растения — одно из основных условий жизни. При плохой обработке почвы или на переувлажненных почвах корням растений не хватает воздуха и, следовательно, кислорода. Поэтому при застое воды на отдельных участках поля большинство растений погибает. Ведь растения, так же как люди или животные, умирают без кислорода. Но у них потребность в кислороде меньше, чем у животных, и у них нет таких сложных органов дыхания.

Дыхание — это поступление в организм кислорода и удаление углекислого газа, а также использование кислорода для окисления органических веществ с освобождением энергии (Рис.1).

Рис.1 Сравнение дыхания и фотосинтеза растений

Дыхание Признак Фотосинтез
Кислород 1.Поглощаемый газ Углекислый газ
Углекислый газ 2.Выделяемый газ Кислород
Чечевички, устьица, кожица семян и т.д. 3.Пути газообмена Только через устьица
Во всех живых клетках 4.В каких клетках происходит Только в зеленых клетках, содержащих хлорофилл
Получение и использование энергии из питательных веществ на рост и развитие 5.Роль в жизни растений Запасание энергии света в виде питательных веществ

Во время дыхания часть органических веществ расходуется. Например, прорастающее зерно теряет 3-10% сухого вещества. Чем более неблагоприятна oкружающая среда для прорастания, тем больше требуется питательных веществ и тем интенсивнее дыхание проростка. Энергия, выделяемая во время дыхания, затрачивается на рост и развитие органов растений. Подтвердим опытным путем поглощение прорастающим семенем кислорода и выделение им углекислого газа (Рис.2).

Рис.2 Поглощение кислорода и выделение углекислого газа прорастающими семенами (1-влажные семена, 2-сухие семена)

Возьмем 2 широкогорлые стеклянные банки и в одну из них положим проросшие семена гороха (20-30 шт.). В другую — столько же сухих, непроросших семян гороха. Банки плотно закрываем крышками и ставим в теплое место. Через неделю в банку с сухими семенами опустим горящую свечу. Свеча не потухнет, будет продолжать гореть. Поскольку дыхание сухих семян замедленное, за неделю они не успели поглотить весь кислород из воздуха в банке.

В банке с проросшими семенами свеча сразу же погаснет. Почему? Проросшие семена дышат интенсивно, поэтому они поглотили весь кислород в банке и насытили воздух углекислым газом. Во время набухания и прорастания семян и дальнейшего развития растений дыхание в тканях усиливается. Межклеточные воздушные пространства в тканях растений облегчают движение газов.

Влияние различных условий на дыхание растений
Интенсивность дыхания у разных частей растения неодинакова. Наиболее высока она у молодых быстро растущих органов и тканей. С окончанием периода активного роста растений дыхание их тканей ослабевает. Активнее дышат высокогорные и светолюбивые растения (по сравнению с теневыносливыми). Дыхание растений усиливается с повышением температуры, когда речь идет о потеплении. Но в зной оно ослабевает, а при 45-50°С почти прекращается. Таким образом, на дыхание растений влияют различные факторы.

1. Влияние воды. Сухие семена (10-12% влаги) дышат очень слабо. Если содержание влаги в семенах достигает 33%, то дыхание усиливается, расход питательных веществ увеличивается, и семена начинают прорастать. Поэтому при хранении в зернохранилищах влажность зерна не должна превышать 12-14%. Только в таких условиях семена могут долго храниться.

2. Влияние температуры. Чем выше температура окружающей среды, тем интенсивнее дышат семена. Даже зимой при температуре -20-25°С дыхание растений не прекращается, оно лишь замедляется. Дыхание семян прекращается при температуре +50°С. Зимой в клубнях картофеля, хранящегося при низкой температуре, дыхание замедляется.

3.Влияние света. При наличии достаточной освещенности дыхание растений ускоряется. Теневыносливые растения дышат слабее светолюбивых. Если поместить молодые проростки в темное место, их дыхание немного замедлится.

4.Влияние воздуха. Всему живому на Земле, кроме некоторых бактерий, необходим кислород. Мы дышим воздухом, в котором кислород находится в определенном соотношении с другими газами (азот, инертные газы, углекислый газ).

Когда в воздух попадают отходы промышленного производства, это соотношение изменяется, что может оказаться губительным для растений, животных и человека.
В последнее время можно часто слышать выражения озоновые дыры, и парниковый эффект. Эти явления связаны с состоянием воздушной оболочки Земли. Накопление вредных веществ в атмосфере оказывает отрицательное воздействие на все живое, и на растения в том числе. Их дыхание замедляется.

Какие же вещества загрязняют воздух? Вот главные из них:
1.Углекислый газ, выделяемый всеми живыми организмами, обитающими на Земле.
2.Отходы производства и газы, выделяемые заводами и фабриками, прежде всего угарный газ, зола, сажа, пыль, копоть, дым.
3.Выхлопные газы автомобилей.
4.Ядовитые газы, выделяемые синтетическими веществами, созданными химическим путем.
5.Пылевые частицы ядохимикатов, используемых в сельском хозяйстве.

Рост и развитие растений в условиях загрязненной атмосферы замедляются.
Они быстро подвергаются различным вредным воздействиям. Таким образом, воздух необходим не только для надземных органов растений, но и для корней, находящихся в почве. Если не будет обеспечен достаточный приток воздуха к корням, их дыхание замедлится, и они погибнут. Если корни постоянно покрыты водой, они загниют. Корни обеспечивают всю надземную часть растения питательными веществами и водой. Без них само растение неминуемо погибнет.

Роль зеленых растений:
1.Создание органических веществ.
2.Поступление кислорода в атмосферу
3.Поддержание постоянного содержания углекислого газа.
4.Участие в создании почв.

Зеленые растения запасают энергию космического светила — Солнца в виде органических веществ, используемых живыми существами нашей планеты.

Дыхание — это процесс, происходящий во всех живых организмах: поглощение кислорода и выделение углекислого газа. Кислород используется для окисления органических веществ, чтобы извлечь из них энергию. Растения запасают энергию солнечного света в виде органических веществ в ходе фотосинтеза и используют эту энергию, окисляя вещества в ходе дыхания, В целом, растения интенсивнее фотосинтезируют, чем дышат.

Дыхание растений Фотосинтез. Воздушное питание.

Читайте:  Достоинства обслуживания и ассортимент магазина ВсеСорта

Источник

Дыхание в листьях растений происходит… Процесс газообмена

Дыхание – это неотъемлемая часть в жизни каждого живого существа. Кислород нужен всем — и рыбам, и людям, и животным. Казалось бы, зачем рыбе нужен воздух, ведь она живет под водой? Вода насыщена кислородом, который и нужен подводным существам. Сейчас мы поговорим о том, как дыхание в листьях растений происходит. Важно знать и то, что в процессе дыхания растений участвуют не только листья, но и стебли, и корни. Обо всем этом вы узнаете из нашей статьи.

Дыхание в листьях растений происходит путем фотосинтеза. Отличие растений от других живых существ заключается еще и в том, что деревья поглощают отработанный кислород, то есть углекислый газ, а взамен нам дают то, в чем нуждаемся мы. Приступим к более подробному рассмотрению этого вопроса.

Дыхание

Дыхание в листьях растений происходит круглосуточно, семь дней в неделю. При этом, растение поглощает кислород из атмосферы, но может еще использовать и продукт своей работы, то есть кислород, образованный путем фотосинтеза (который нужен для дыхания человека и других живых существ). Продукт фотосинтеза накапливается в межклетниках, это нужно для дыхания в ночное время.

Чем дыхание ночью отличается от дневного? Дышать нужно всем и днем, и ночью. Атмосферный кислород в дневное время активно поступает через устьица, побеги, корни, стебель. Но что делать в темное время суток, когда устьица листьев в большинстве случаев закрыты? Здесь и приходит на помощь запас, собранный в светлое время суток, который находится в межклетниках. Оттуда продукт фотосинтеза поступает во все клетки растения, обеспечивая жизнедеятельность. Поэтому стоит запомнить то, что дыхание в листьях растений происходит всегда, только сам процесс может немного отличаться в светлое и темное время суток.

Еще учтите и то, что процесс дыхания и фотосинтеза – это совершенно противоположные процессы. При дыхании растения поглощают кислород, но его нужно намного меньше, чем воспроизводит то же растение в процессе фотосинтеза. Это довольно сложный процесс, поглощающийся кислород окисляет (превращает) сложные вещества растения в две составляющие:

  • воду;
  • углекислый газ.

О каких сложных веществах идет речь? В первую очередь, это касается глюкозы. Процесс дыхания освобождает большое количество энергии, которая была затрачена на фотосинтез. Во время этого процесса, как мы упоминали ранее, образуется также углекислый газ, удаляющийся через:

  • устьица;
  • чечевички;
  • корни.

Есть множество доказательств того, что углекислый газ действительно вырабатывается растениями, но в очень малых количествах.

Газообмен

Итак, дыхание в листьях растений происходит в клетках органов, расположенных по всей поверхности, но данные клеточки находятся еще и на поверхности стебля, корней и так далее. Но важно знать, что основной оборот газа происходит через листики растения. В процессе фотосинтеза углекислый газ поступает через щель в устьичных клетках, далее он переходит к хлорофиллсодержащим тканям. Происходит образование кислорода, который способен выйти на поверхность, в окружающую нас среду. А в процессе дыхания все происходит наоборот, растение потребляет кислород, а на поверхность выпускает углекислый газ.

Но важно знать то, что в процессе фотосинтеза создается очень большое количество кислорода, которого хватает не только для дыхания растений, но и для обогащения окружающей среды. Как мы видим, данные процессы противоположны, но сильно взаимосвязаны между собой. Именно зеленые растения способны снабжать все живое на земле необходимым им кислородом.

Помимо кислорода, растения освобождают и водяные пары, которые выходят также через устьица. Этот процесс принято называть транспирацией. Все процессы газообмена регулируются путем закрывания или открывания устьичной щели.

Аэробное дыхание

Теперь нужно уточнить, что дыхание листа и полностью растения можно разделить на две фазы: аэробную и анаэробную. Немного о первом типе. Аэробное дыхание происходит в виде окислительного процесса. Как известно, во время окисления происходит трата кислорода. Этот процесс можно разделить на две ступени:

  • бескислородную;
  • кислородную.

В первой стадии происходит освобождение водорода путем расщепления субстрата. На второй стадии идет дальнейшее отщепление атомов.

Анаэробное дыхание

Дыхание листа растения происходит, как мы уже говорили, двумя стадиями. Теперь пару слов скажем об анаэробном дыхании. Которое представляет собой процесс окисления молекулярного водорода. В результате этого биохимического процесса выделяется энергия, которая является запасом для синтеза АТФ.

Источник

Учебник. Газообмен

Введение

Для обеспечения жизнедеятельности между организмом и окружающей средой должен непрерывно происходить газообмен. Аэробные организмы в результате диффузии поглощают кислород (из воды, в которой он растворен, либо из атмосферы) и выделяют углекислоту. Дыхательная поверхность, на которой происходит газообмен, должна быть:

  • проницаемой для O2 и CO2;
  • тонкой – диффузия эффективна только на небольших расстояниях;
  • влажной – эти газы диффундируют в растворе;
  • большой – для поддержания достаточной скорости газообмена.

Интенсивность метаболизма растений невысока, кислорода им требуется сравнительно немного. Газообмен осуществляется путём диффузии газов через всю поверхность; у крупных растений для этих целей служат устьица листьев и трещины в коре. Клетки, содержащие хлорофилл, могут потреблять для дыхания только что выработанный ими кислород.

У одноклеточных животных газообмен происходит через клеточную мембрану. Наиболее примитивные многоклеточные – кишечнополостные, плоские черви – также обеспечивают свои потребности в кислороде, поглощая его каждой клеткой, находящейся в контакте со средой.

У более сложных организмов появляется большое количество клеток, не контактирующих со средой, и простая диффузия становится неэффективной. Необходима специальная дыхательная система, которая будет эффективно поглощать кислород и выделять углекислоту. Как правило, эта система оказывается связанной с кровеносной системой, обеспечивающей доставку кислорода тканям и клеткам. Растворимость кислорода в крови составляет 0,2 мл на 100 мл крови, однако наличие дыхательных пигментов способно в десятки и сотни раз увеличить эффективность этого процесса. Наиболее известным дыхательным пигментом является гемоглобин.

Пигмент Металл Цвет (с/без O2) Животные Растворимость O2 (мл на 100 мл крови)
Гемоглобин Железо Оранжево-красный/пурпурно-красный Некоторые моллюски и кольчатые черви, хордовые 2–25
Гемоцианин Медь Синий/бесцветный Улитки, головоногие, ракообразные 2–8
Гемоэритрин Железо Красный/бесцветный Некоторые кольчатые черви 2
Хлорокруорин Железо Красный/зелёный Некоторые кольчатые черви 9
Читайте:  Кувшинка водяная лилия красивые фотографии и описание растения

Некоторые дыхательные пигменты

Рассмотрим некоторые наиболее типичные дыхательные системы.

В тело насекомых воздух попадает через специальные отверстия – дыхальца. Они открываются в воздушные полости, от которых отходят особые трубочки – трахеи. Трахеи укреплены хитином и всегда остаются открытыми. В каждом сегменте тела они разветвляются на многочисленные мелкие трубочки – трахеолы, через которые кислород поступает прямо к тканям; необходимости в его транспортировки кровью нет. Трахеолы заполнены водянистой жидкостью, через неё диффундируют кислород и углекислота. При активной работе мышц жидкость всасывается в ткани, и кислород попадает непосредственно к клеткам уже в газообразном состоянии. Трахейная система дыхания весьма эффективна, однако наличие в дыхательной цепи процесса диффузии ограничивает размеры насекомого (точнее, его толщину).

Дыхательная система насекомых Жабры рыб

Газообмен у рыб происходит при помощи специальных дыхательных органов – жабр. Каждая жабра поддерживается вертикальным хрящём – жаберной дугой. У костных рыб жаберная дуга состоит из костной ткани. От перегородки, лежащей над жаберной дугой, отходит ряд горизонтальных складок – жаберных лепестков, на каждом из которых образуются вертикальные вторичные лепестки. Свободные края жаберных перегородок вытянуты и работают как откидные клапаны. Когда дно ротовой полости и глотки опускается, давление в них уменьшается, и в жабры через рот и брызгальца устремляется вода. Клапан при этом предотвращает попадание в жабры воды с другой стороны. Многочисленные капилляры, пронизывающие жабры, насыщаются здесь кислородом и объединяются в жаберные артерии, выносящие из жабр богатую кислородом кровь. Отметим, что дыхательная система костных рыб более совершенна, чем у рыб хрящевых, так как у костных рыб жабры имеют бóльшую площадь поверхности, а движение крови навстречу току воды обеспечивает более эффективный обмен газов.

Дыхательная система земноводных Дыхательная система птиц

Амфибии получают кислород тремя способами: через кожу, рот и лёгкие. При кожном и ротовом дыхании газ поглощается влажным эпителием, выстилающим кожу или ротовую полость. Заметные глазу движения горла лягушки – это именно ротовое дыхание. Поступающий в рот воздух может также через гортань, трахею и бронхи попадать в лёгкие. Лёгкие у лягушки представляют собой пару полых мешков, стенки которых образуют многочисленные складки, пронизанные кровеносными капиллярами. В результате мышечных сокращений происходит вдох и выдох, лёгкие наполняются воздухом, кислород из него поступает в кровь.

У высших форм позвоночных кожное дыхание отсутствует, основным дыхательным органом становятся лёгкие. Они имеют гораздо большее количество складок, чем лёгкие амфибий. У птиц появились также воздушные мешки, благодаря которым через лёгкие и во время вдоха, и во время выдоха проходит богатый кислородом воздух; это увеличивает эффективность газообмена.

Дыхательная система млекопитающих

У млекопитающих воздух поступает внутрь через ноздри; небольшие волоски задерживают посторонние частицы, а ресничный эпителий, которым выстланы носовые ходы, увлажняет воздух, прогревает его, а также улавливает частички, которым удалось проскользнуть через волоски. Из носа воздух попадает в глотку, а затем в гортань. Хрящевой клапан (надгортанник) защищает дыхательные пути от попадания в них пищи. В полости гортани находятся голосовые связки; когда выдыхаемый воздух проходит сквозь голосовую щель, возникают звуковые волны. С изменением натяжения связок меняется высота издаваемого звука.

Из гортани воздух попадает в трубковидную трахею. Её стенки покрыты ресничным эпителием, собирающим попавшие в трахею пылинки и микробы. Стенки трахеи (так же, как и гортани) выполнены из хрящевой ткани, за счёт этого она не опадает при вдохе. На нижнем конце трахея разветвляется на два бронха. Бронхи разделяются на более тонкие бронхиолы; у самых маленьких из них (диаметром 1 мм и меньше) хрящевая ткань отсутствует. Бронхиолы разветвляются, в свою очередь, на многочисленные альвеолярные ходы, заканчивающиеся мешочками, выстланными соединительной тканью, – альвеолами. В лёгких млекопитающего могут быть сотни миллионов альвеол, общая площадь их поверхности такова, что ими можно покрыть целое футбольное поле. Толщина стенки альвеолы составляет всего 0,0001 мм. Наружная сторона альвеол покрыта густой сетью кровеносных капилляров. Поглощаясь влажным эпителием, кислород диффундирует в плазму крови и там соединяется с гемоглобином. Углекислый газ диффундирует в обратном направлении. Диаметр капилляров меньше диаметра эритроцитов; это обеспечивает тесное соприкосновение эритроцитов с поверхностью альвеол.

Лёгкие отделены от стенок грудной клетки плевральной полостью. Она непроницаема для воздуха; давление в ней на 3–4 мм рт. ст. ниже, чем в лёгких, за счёт чего последние заполняют почти всю грудную клетку. Вентиляция лёгких осуществляется благодаря одновременному сокращению диафрагмы и наружных межрёберных мышц. Объём грудной клетки увеличивается, давление уменьшается, и воздух поступает внутрь. В процессе выдоха диафрагма и наружные мышцы возвращаются в прежнее положение, а внутренние межрёберные мышцы сокращаются. Грудная клетка становится меньше и воздух выталкивается из лёгких. При больших физических нагрузках выдох становится более активным и требует дополнительных затрат энергии.

Лёгкие человека вмещают около 5 литров воздуха. Объём выдыхаемого воздуха в среднем равен 450 мл; объём максимального вдоха составляет около 3,5 л. Треть объёма воздуха при вдохе остаётся в воздухоносных путях, не попадая в лёгкие, а при выдохе выводится из организма. Содержание кислорода в выдыхаемом воздухе составляет 16,4 % (против 21 % в атмосферном воздухе); в лёгких же кислорода ещё меньше – всего 13,8 %. Зато концентрация углекислого газа там в сотню раз больше, чем в атмосфере.

Регуляция дыхания осуществляется как непроизвольно (через дыхательный центр продолговатого мозга), так и под влиянием импульсов головного мозга. В первом случае важнейшим регуляционным фактором является содержание CO2 в крови.

При недостаточной насыщенности воздуха кислородом (например, высоко в горах) начинается гипоксия, проявляющаяся в недомогании и чувстве сильной усталости. Со временем дыхательная система может приспособиться к небольшому содержанию кислорода – в таких случаях говорят, что организм акклиматизировался в новых условиях.

Млекопитающие, способные долгое время оставаться под водой (киты, тюлени), при нырянии рефлекторно уменьшают частоту сердечных сокращений, их кровеносные каналы сужаются, и кровью снабжаются только самые важные для жизни органы. Первый вдох после выныривания служит сигналом для увеличения частоты сердечных сокращений.

Источник