Что такое дыхание животных
Типы дыхания живых существ
Дыхание является одним из основных процессов всех живых существ. Благодаря этому организмы могут получать кислород, необходимый им для превращения пищи в энергию. Однако не все живые существа практикуют дыхание одинаково.
Животные, однако, являются исключением. В животном мире мы можем найти несколько типов дыхания в зависимости от органов, которые были разработаны для этой цели. Таким образом, есть животные с жабрами, другие с легкими и другие, которые дышат через собственную кожу.
Типы дыхания, общие для всех живых существ
Хотя дыхание растений, животных и бактерий происходит через разные процессы, все типы живых существ имеют некоторые важные характеристики. В частности, ваше дыхание можно разделить на два четко различимых типа: аэробный и анаэробный.
Аэробное дыхание
В целом, этот тип дыхания типичен для сложных организмов, таких как все эукариотические организмы и некоторые бактерии. Аэробное дыхание происходит в митохондриях.
В этом процессе, помимо энергии, также выделяются CO2 и вода..
Анаэробное дыхание
Анаэробное дыхание отличается от предыдущего в основном отсутствием внешнего кислорода во время процесса. Он используется в основном некоторыми типами бактерий; и CO2 и этиловый спирт высвобождаются. Однако его не следует путать с брожением.
Дыхание в растениях
Растения также дышат. Хотя они производят кислород в процессе фотосинтеза, им также необходимо обменять CO2, который они производят, на кислород извне.
Все части растения дышат: стебель, корни, листья и даже цветы. Части, которые находятся в контакте с воздухом, поглощают кислород через небольшие отверстия в листьях (устьицах) и стволе или стволе (чечевица).
Однако, несмотря на то, что растения могут поглощать кислород через все его части, его основным дыхательным органом являются листья, которые также ответственны за фотосинтез. Оба процесса происходят одновременно в присутствии солнечного света.
В целом, листья отвечают за два дыхательных процесса: обмен углекислого газа на кислород и выброс водяного пара, который происходит при аэробном дыхании, в окружающую среду..
Корни растения также должны дышать, чтобы они поглощали кислород из воздушных карманов, оставленных в земле..
Дыхание у животных
У животных мы можем найти большие различия в типах дыхания, которые они практикуют. На протяжении истории эволюции у животных развивались различные специализированные органы, которые позволяли им адаптироваться к окружающей среде и дышать максимально эффективно..
В зависимости от основного органа, который животное использует для поглощения кислорода, мы можем в основном найти четыре типа дыхания: кожное дыхание, дыхание трахеи, ветвистое дыхание и легочное дыхание..
Кожное дыхание
Кожное дыхание является наименее сложным типом дыхания животных, поскольку организмы, которые его практикуют, не нуждаются в каком-либо специализированном органе, чтобы практиковать его. Обмен кислорода и углекислого газа происходит непосредственно через кожу.
Трахеальное дыхание
Трахеи связаны с наружными отверстиями, называемыми дыхальцами, через которые происходит обмен кислорода и углекислого газа. Одной из самых любопытных особенностей этого типа дыхания является то, что он не требует вмешательства какого-либо типа системы кровообращения..
Жаберное дыхание
Как только кислород поглощается из воды, жабры передают его в кровь, которая затем транспортирует его во все клетки и ткани организма животного. Оказавшись в клетках, митохондрии используют кислород для получения энергии.
Благодаря функционированию этой системы животным, которые выполняют ветвистое дыхание, требуется система кровообращения, чтобы кислород достигал всех клеток их тела..
Легочное дыхание
У человека дыхательная система делится на две части: верхнюю и нижнюю.
У людей воздух проходит через ноздри и проходит через всю дыхательную систему в бронхи, где ток разделяется между двумя легкими. Попав в каждое легкое, воздух достигает альвеол, которые отвечают за обмен диоксида углерода на кислород.
Дыхание животных
Режим обучения доступен только авторизованным пользователям
Возможности режима обучения:
Озвучка доступна в режиме обучения
Дыхание = энергия
Чтобы ускорить получение энергии, в ходе эволюции у животных развились две системы органов: 1. Дыхательная система. Органы дыхания (лёгкие) позволяют получить максимальное количество кислорода. За один вдох в лёгкие гепарда поступают сотни триллионов молекул кислорода. 2. Кровеносная система. Сердце как насос качает кровь по сосудам. Сосуды, оплетающие все тело гепарда, за секунды доставляют кислород ко всем клеткам. Без кровеносной системы кислород от легких гепарда к его мышцам шел бы в течение месяцев! За это время мышечные клетки давно бы погибли.
Так почему же у гепарда во время бега появилась отдышка и участилось сердцебиение?
У простых животных, таких как кишечнополостные и плоские черви, органы дыхания отсутствуют. Дыхание происходит через кожу путём диффузии.
Из-за беспорядочного движения молекул, кислород постепенно проникает из области, где его много туда, где его мало. Но такое движение происходит очень медленно. Так, молекулы кислорода проникают на расстояние в 1 мм за 100 секунд, а диффузия в 1 см займёт уже 3 часа. Поэтому большинство примитивных животных – мелкие, плоские и даже прозрачные создания. Через их тонкие тела кислород быстро проникает в организм и достигает каждой клетки.
Дыхательная система
Дыхание примитивных животных
У насекомых развилась особая система разветвлённых дыхательных каналов – трахей. Снаружи тела трахеи открываются дыхальцами, которые расположены вдоль всего тела насекомого. Воздух проникает через дыхальца, попадает в трахеи и доходит до тонких трахеол. Густая сеть трахеол дотягивается до каждой клетки. Другими словами, лёгкие оплетают все тело насекомого.
Увеличенные части трахей образуют воздушные мешочки возле органов, которым требуется большое количество кислорода.
Жабры необходимы для дыхания в воде. Они состоят из множества разветвляющихся отростков, увеличивающих контакт с поглощаемым из воды кислородом. Жабрами дышат рыбы, большинство моллюсков и некоторые амфибии.
Без защитных покрытий наружные жабры легко повредить. Если такое животное достать из воды, то его жабры быстро высохнут и разрушатся.
Жабры рыб защищены жаберными крышками, которые также помогают регулировать ток воды. Вода, насыщенная кислородом, проходит в жабры через рот рыбы. Затем вода достигает жаберных дуг, которые состоят из жаберных лепестков. Жаберные лепестки покрыты сетью крошечных кровеносных капилляров. Воздух просачивается через жаберные лепестки и попадает в кровь. Противоположный ток крови и воды позволяет максимально эффективно извлекать кислород. Это особенно важно, учитывая что количество кислорода в воде в 30 раз меньше, чем в воздухе.
Когда позвоночные животные впервые вышли на сушу сотни миллионов лет назад, жабры стали бесполезными. Нежные перистые структуры жабр легко повреждаются и быстро высыхают на воздухе. Миллионы лет назад у некоторых рыб впервые появились выросты кишечного тракта, которые дополняли жаберное дыхание. В дальнейшем эти выросты превратились в мешочки-лёгкие, спрятанные в теле и защищенные от усыхания и повреждений. Постепенное увеличение объема легких у наземных позвоночных позволяло вести всё более активный образ жизни.
Наземные позвоночные дышат лёгкими
Дыхание земноводных отличается от дыхания других наземных позвоночных. Земноводные втягивают воздух через ноздри, заполняя ротоглоточную полость. Далее дно рта поднимается, и воздух выталкивается в лёгкие. Такое дыхание похоже на процедуру реанимации человека «рот в рот». Рептилии и млекопитающие при дыхании используют «подсасывающую» силу, создаваемую мышцами. В данном случае вентиляция лёгких похожа на всасывание воды через соломинку. Кроме того, амфибии сохранили примитивные черты дыхания. Некоторые лягушки через кожу получают до 50% всего кислорода, личинки лягушек дышат при помощи жабр, а аксолотли вернулись к жаберному дыханию.
Легкие млекопитающих состоят из многочисленных микроскопических мешочков – альвеол. Эти мешочки увеличивают площадь соприкосновения лёгких с кислородом. Благодаря этому за один вдох поглощается больше кислорода. Так, у активных хищников количество альвеол достигает 300 миллионов, а у малоподвижных ленивцев – всего 6 миллионов. В дыхании всех млекопитающих участвует мышца диафрагма. Она располагается под легкими и осуществляет механизм вдоха – выдоха.
Млекопитающие, которые перешли к водному образу жизни, сохранили легкие и не могут дышать под водой. Чтобы сделать вдох этим животным приходится подниматься на поверхность. Однако кашалот может обходиться под водой без воздуха до 1,5 часов, погружаясь на глубину до 2 км. На глубине киты используют кислород, который хранится не только в лёгких, но и в крови и мышцах. У водных млекопитающих в мышцах могут запасаться большие объемы кислорода. К тому же, эти животные способны изменять направление транспорта кислорода. Если кислород кончается, то он будет в первую очередь транспортироваться к сердцу и мозгу. Кишечник и мышцы могут «подождать» до тех пор, пока животное вновь не всплывёт за глотком свежего воздуха.
Для полета необходимо колоссальное количество энергии. Поэтому эволюция «подарила» птицам самые эффективные лёгкие. Горные гуси летают над Гималаями на высоте более 7 километров над уровнем моря. Ни одно другое позвоночное не способно выжить на таких экстремальных высотах, где уровень кислорода чрезвычайно низок. Лёгкие птиц имеют особые выросты – лёгочные мешки. На вдохе воздух попадает сначала в задние воздушные мешки. Затем на выдохе воздух поступает в лёгкие, а затем в передние воздушные мешки. Лёгочные мешки не поглощают кислород, а лишь нагнетают его в лёгкие. Такая система двойного дыхания позволяет поглощать кислород даже на выдохе.
Система дыхания животных
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА СИСТЕМЫ ДЫХАНИЯ
Исполнительные органы системы дыхания следующие:
Воздухоносные пути. Обеспечивают прохождение воздуха в легкие из окружающей среды. Проходя через них, вдыхаемый воздух увлажняется, согревается или охлаждается, очищается от пыли и микроорганизмов. Слизистая оболочка стенки воздухоносных путей покрыта слизью; трахею и бронхи выстилает мерцательный эпителий. Поступающий воздух контактирует со слизью, к которой прилипают частицы из воздуха и микроорганизмы; движением мерцательного эпителия слизь продвигается по направлению к носоглотке.
ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ДЫХАНИЯ
Дыхание включает в себя следующие физиологические процессы:
обмен газами между внешней средой и смесью газов в альвеолах;
обмен газами между альвеолярным воздухом и газами крови;
транспорт газов кровью;
обмен газами между кровью и тканями;
использование кислорода тканями и образование диоксида углерода.
При вдохе одновременно сокращаются наружные косые межреберные мышцы и другие мышцы груди и плечевого пояса, что обеспечивает поднятие или отведение ребер, а также диафрагма, которая смещается в сторону брюшной полости. В результате объем грудной клетки увеличивается, понижается давление в плевральной полости и в легких и, как следствие, воздух из окружающей среды поступает в легкие. Во вдыхаемом воздухе содержится 20,97% кислорода, 0,03% диоксида углерода и 79% азота.
При выдохе одновременно сокращаются экспираторные мышцы, что обеспечивает возвращение ребер в положение до вдоха. Диафрагма возвращается в положение до вдоха. При этом уменьшается объем грудной клетки, повышается давление в плевральной полости и в легких и часть альвеолярного воздуха вытесняется. В выдыхаемом воздухе содержится 16% кислорода, 4% диоксида углерода, 79% азота.
Обмен газами между альвеолярным воздухом и газами крови. Обмен газов в легких между альвеолярным воздухом и кровью капилляров малого круга кровообращения осуществляется вследствие разности парциального давления этих газов. Концентрация кислорода в альвеолярном воздухе значительно выше, чем в венозной крови, движущейся по капиллярам. Кислород вследствие разности парциального давления по закону диффузии легко переходит из альвеол в кровь, обогащая ее. Кровь становится артериальной. Концентрация диоксида углерода гораздо выше в венозной крови, чем в альвеолярном воздухе. Диоксид углерода вследствие разности напряжения его в крови и парциального его давления в альвеолярном воздухе по закону диффузии проникает из крови в альвеолы. Состав альвеолярного воздуха постоянен: около 14,5% кислорода и 5,5% диоксида углерода.
Газообмену в легких способствует большая поверхность альвеол и тонкий слой мембраны из эндотелиальных клеток капилляров и плоского альвеолярного эпителия, разделяющей газовую среду и кровь. В течение суток из альвеол в кровь переходит у коровы около 5000 л кислорода и из крови в альвеолярный воздух поступает около 4300 л диоксида углерода.
Транспорт газов кровью. Кислород, проникнув в кровь, соединяется с гемоглобином эритроцитов и в виде оксигемоглобина транспортируется артериальной кровью до тканей. В артериальной крови содержится 16. 19 объемных процентов кислорода и 52. 57 об. % диоксида углерода.
Обмен газов между кровью и тканями. В тканях кислород освобождается из непрочного соединения с гемоглобином эритроцитов и по закону диффузии легко проникает в клетки, так как концентрация кислорода в артериальной крови значительно выше, чем в тканях. Здесь кислород используется на окисление органических соединений с образованием диоксида углерода. Концентрация диоксида углерода в тканях возрастает и становится значительно выше, чем в притекающей к ним крови. Напряжение диоксида углерода составляет 60 мм рт. ст. в тканях и 40 мм рт. ст. в артериальной крови, поэтому по закону диффузии он переходит из тканей в кровь. Она насыщается диоксидом углерода, т.е. становится венозной.
ВНЕШНИЕ ПОКАЗАТЕЛИ СИСТЕМЫ ДЫХАНИЯ
Деятельность системы дыхания характеризуют определенные внешние показатели.
РЕГУЛЯЦИЯ ДЫХАНИЯ
Под регуляцией дыхания понимают поддержание оптимального содержания кислорода и диоксида углерода в альвеолярном воздухе и в крови за счет изменения частоты и глубины дыхательных движений. Частота и глубина дыхательных движений обусловлены ритмом и силой генерации импульсов в дыхательном центре, расположенном в продолговатом мозге, в зависимости от его возбудимости. Возбудимость определяется напряжением диоксида углерода в крови и потоком импульсов с рецепторных зон сосудов, дыхательных путей, мышц.
Регуляция частоты дыхательных движений. Регуляция частоты дыхательных движений осуществляется центром дыхания, который включает в себя центры вдоха, выдоха и пневмотаксиса; центру вдоха принадлежит главная роль. В центре вдоха ритмически залпами рождаются импульсы в единицу времени, определяя частоту дыхания. Импульсы из центра вдоха поступают к вдыхательным мышцам и диафрагме, вызывая вдох такой продолжительности и глубины, который соответствует сложившимся условиям и характеризуется определенным объемом поступившего в легкие воздуха, силой сокращения вдыхательных мышц. Количество импульсов, рожденных в центре вдоха в единицу времени, зависит от его возбудимости: чем выше возбудимость, тем чаще рождаются импульсы, а значит, и чаще дыхательные движения.
Регуляция смены вдоха выдохом, выдоха вдохом. Регуляция смены вдоха выдохом, выдоха вдохом осуществляется рефлекторно. Возбуждение, возникающее в центре вдоха, обеспечивает акт вдоха, который сопровождается растяжением легких и возбуждением механорецепторов легочных альвеол. Импульсы с рецепторов по афферентным волокнам блуждающих нервов поступают уже в центр выдоха и возбуждают его нейроны. Одновременно непосредственно через центр пневмотаксиса центр вдоха также возбуждает центр выдоха. Нейроны центра выдоха, возбуждаясь, по законам реципрокных отношений тормозят активность нейронов центра вдоха, и вдох прекращается. Центр выдоха посылает информацию к мышцам экспираторам, вызывает их сокращение, и осуществляется акт выдоха. Так происходит чередование вдоха и выдоха. Количество залпов импульсов, поступающих из центра вдоха в единицу времени, и сила этих залпов зависят от возбудимости нейронов центра дыхания, специфики обмена веществ, особой чувствительности нейронов к окружающей их гуморальной среде, к поступающей информации с хеморецепторов сосудов, дыхательных путей и легких, мышц и пищеварительного аппарата. Избыток в крови и альвеолярном воздухе диоксида углерода и недостаток кислорода, усиление потребления кислорода и образования диоксида углерода в мышцах и других органах при усилении их деятельности вызывают следующие реакции: повышение возбудимости дыхательного центра, увеличение частоты рождения импульсов в центре вдоха, учащение дыхания и, как следствие, восстановление оптимального содержания кислорода и диоксида углерода в альвеолярном воздухе и крови. И наоборот, избыток в крови и альвеолярном воздухе кислорода ведет к урежению дыхательных движений и уменьшению вентиляции легких. В связи с приспособлением к изменившимся условиям число дыхательных движений у животных может увеличиться в 4. 5 раз, дыхательный объем воздуха в 4. 8 раз, минутный объем дыхания в 10. 25 раз.
ОСОБЕННОСТИ СИСТЕМЫ ДЫХАНИЯ У ПТИЦ
В отличие от млекопитающих система дыхания у птиц имеет структурные и функциональные особенности. Структурные особенности. Носовые отверстия у птиц расположены у основания клюва; носовые воздухоносные ходы короткие.
Легкие вытянутой формы, малоэластичны, вдавлены между ребер и прочно соединены с ними. Так как они прикреплены к дорсальной стенке грудной клетки, расширяться так, как легкие млекопитающих, которые находятся свободными в грудной клетке, не могут. Масса легких у кур приблизительно 30 г.
Дыхание птиц связано с деятельностью больших воздухоносных мешков, которые объединены с легкими и пневматическими костями.
Воздухоносные мешки выполняют ряд ролей:
1) участвуют в газообмене;
2) облегчают массу тела;
3) обеспечивают нормальное положение тела при полете;
4) способствуют охлаждению тела при полете;
5) служат резервуаром воздуха;
6) выполняют роль амортизатора для внутренних органов.
Пневматическими костями у птиц являются шейные и спинные кости, хвостовые позвонки, плечевая, грудная и крестцовая кости, позвоночные концы ребер.
У птиц в легочной ткани происходит так называемый двойной газообмен, который осуществляется при вдохе и выдохе. Благодаря этому вдох и выдох сопровождаются извлечением кислорода из воздуха и выделением диоксида углерода.
В целом дыхание у птиц происходит следующим образом.
Мышцы грудной стенки сокращаются так, чтобы грудина была поднята. Это означает, что полость грудной клетки становится меньше и легкие сжимаются до такой степени, что насыщенный диоксидом углерода воздух вытесняется из дыхательных емкостей.
Поскольку воздух во время выдоха выходит из легких, новый воздух из воздушных пространств проходит вперед через легкие. При выдохе воздух проходит преимущественно через вентральные бронхи.
После того как мышцы грудной клетки сократились, свершился выдох и удален весь использованный воздух, мышцы расслабляются, грудина смещается вниз, грудная полость расширяется, становится большой, создается разность давлений воздуха между внешней средой и легкими, осуществляется вдох. Он сопровождается движением воздуха преимущественно через дорсальные бронхи.
 |
Воздухоносные мешки упругие, подобно легким, поэтому, когда грудная полость расширяется, они также расширяются. Эластичность воздушных мешков и легких позволяет воздуху поступать в систему органов дыхания.
Так как расслабление мышц вызывает поступление воздуха в легкие из окружающей среды, легкие мертвой птицы, дыхательные мышцы которой обычно расслаблены, будут раздуты, или заполнены воздухом. У мертвых млекопитающих они спавшие.
Некоторые ныряющие птицы могут оставаться под водой значительное время, в течение которого воздух циркулирует между легкими и воздухоносными мешками, а большая часть кислорода переходит в кровь, поддерживая оптимальную концентрацию кислорода.
Биология. 6 класс
Конспект урока
Перечень вопросов, рассматриваемых на уроке
Дыхание – это процессы поглощения кислорода, использования его в организме в химических превращениях и вывода углекислого газа в окружающую среду.
Жабры – органы водного дыхания у ракообразных, рыб и личинок земноводных животных.
Трахеи – сеть дыхательных трубочек ветвящихся внутри тела у насекомых, пауков и клещей.
Легкие – органы воздушного дыхания у человека, всех млекопитающих, птиц, пресмыкающихся, большинства взрослых земноводных.
*Воздушные мешки – воздухоносные полости, соединённые с дыхательными путями, ротовой полостью или пищеводом у многих наземных позвоночных.
Чечевички – образования в виде мелких бугорков, штрихов или иной формы, служащие для газообмена в стеблях с вторичной покровной тканью – перидермой, заметны на поверхности молодых ветвей.
Устьица – поры в кожице листьев и зелёных стеблей, через которые происходит испарение воды и газообмен растений с окружающей средой.
*Межклетники – пространства между клетками в тканях организмов, заполненные межклеточным веществом.
Основная и дополнительная литература по теме урока
Теоретический материал для самостоятельного изучения
Дыхание – это процесс, свойственный всем живым организмам. Оно представляет собой окислительный распад сложных органических соединений (в первую очередь углеводов), конечными продуктам которого являются углекислый газ и вода с выделением энергии. Дыхание как физиологический процесс может быть представлено следующей схемой: С6Н12О6 + 6О2 → 6СО2 + 6Н2О + 686 ккал. Однако процесс окисления не столь прост, как показано на схеме, а идет через ряд промежуточных этапов. Значение дыхания состоит не только в освобождении энергии, но и в том, что при постепенном распаде углеводов образуется ряд различных промежуточных соединений, которые могут служить для синтеза органических веществ, например, белков, жиров и других.
Дыхание у растений принципиально не отличается от дыхания животных, или грибов. Какой газ растения выделяют при дыхании, такой же выделяют любые другие организмы. Это углекислый газ. Дыхание идёт круглосуточно, поэтому образование углекислого газа происходит постоянно. Также постоянно в клетки растений для их нормальной жизнедеятельности должен поступать кислород. В отличие от животных, растения не имеют специальных органов дыхания. Газообмен осуществляется через отверстия в покровных тканях:
Устьица располагаются на листьях. Каждое из них имеет клетки, способные менять тургор (наполненность водой) и закрывать устьичную щель. Устьичные щели осуществляют газообмен и испарение воды листьями.
Чечевички – это более крупные, чем устьица, щели на стеблях. Воздух также может поступать в ткани растений в растворённом виде.
Интенсивность дыхания не одинакова в разных органах. Наиболее активно дышат:
Корни также, как и надземные органы, дышат. Для нормального дыхания корней необходимо рыхлить почву.
Примеры и разбор решения заданий тренировочного модуля
Задание 1. Зачеркните неверные предложения в тексте.
Правильный вариант ответа:
Задание 2. Заполните таблицу.
Поглощаемый газ