Понятие о газообмене. Для

Газообмен

аэробного расщепления питательных веществ с целью высвобождения энергии всем живым клеткам организмов необходим кислород, который служит конечным акцеп­тором водорода. Организмы получают кислород либо непосредственно из воздуха, либо из воды, в ко-| торой он находится в растворенном состоянии. Одним из конечных продуктов окисления питательных ве­ществ является диоксид углерода, который подлежит удалению из организма. Совокупность процессов поступления в организм кислорода ж выведения из него диоксида уг­лерода называется газообменом.

Газообмен у животных. Кислород и диоксид углерода переносятся через дыхательные поверхности (т.е. через кожу или специальный дыхательный эпителий) путем пас­сивной диффузии. Движение растворенных газов происходит в направлении из области с их высокой концентрацией в область с низкой. Для того чтобы при данной разност и концентраций процесс переноса шел быстрее, площадь поверх-

ности дыхательного эпителия дол­жна быть как можно большей, а диффузионные расстояния как можно меньшими.

У мелких организмов, толщина которых не превышает 1 мм, дыха­ние осуществляется всей поверхностью тела путем прямого диффуз­ного газообмена. Этим способом удовлетворяют свои потребности в кислороде такие организмы, как коловратки, мелкие свободноживу-щие плоские и круглые черви.

Увеличение размеров тела жи­вотных приводит к возрастанию объема потребляемого кислорода, Возникает необходимость транс­портировки газов к удаленным от поверхности тела тканям и орга­нам. Это осуществляется либо не­посредственно через трахейную систему, как у насекомых, либо с помощью крови или гемолимфы после проникновения газов через поверхность дыхательного эпите­лия (рис. 4.14).

Количество кислорода, поступа­ющего в ткани животного, зависит от площади дыхательной поверхно­сти и от разности концентраций кислорода и углекислого газа на ней. Поэтому во всех органах ды­хания наблюдается разрастание дыхательного эпителия. Для под­держания же высокой скорости диффузии кислорода через дыха­тельный эпителий необходимо дви­жение среды — вентиляция. Она осуществляется дыхательными дви­жениями всего тела животного (ма-лощетинковый червь трубочник, пиявки) либо определенных участ­ков тела (ракообразные) или рабо­той ресничного эпителия (моллюс­ки, ланцетник).

Специализированными органа ми дыхания в водной среде явля­ются жабры, в наземно-воздуш-ной — легкие и трахеи.

Жабры представляют собой вы­вернутые наружу разветвленные тончайшие дыхательные поверхно­сти, пронизанные густой сетью кро­веносных капиллярных сосудов. Жаберное дыхание свойственно многощетинковым кольчатым чер­вям, большинству моллюсков, ра­кообразным, рыбам, личинкам зем­новодных.

Дыхательные поверхности лег­ких погружены в углубления тела, благодаря чему они оказываются защищенными от высыхания. Раз­личают два типа легких: диффузи-

онные и вентиляционные. В легких первого типа газообмен осуществ­ляется только путем диффузии. Такие легкие имеются у относитель­но небольших по размерам живот­ных: легочных моллюсков, пауков, скорпионов. Вентиляционные лег­кие имеют только наземные позво­ночные. Наиболее эффективна вен­тиляция легких за счет изменения объема грудной клетки (пресмыка­ющиеся, птицы, млекопитающие). Трахеи представляют собой за­полненные воздухом тонкостенные ветвящиеся трубочки, образован­ные путем впячивания кутикулы внутрь тела. Они имеют спираль­ные утолщения, что делает их почти несжимаемыми. Трахеи сооб­щаются с наружной средой через отверстия в кутикуле — дыхальца. При высокой степени развития тра­хейной системы (например, у насе­комых) ее многочисленные развет­вления оплетают все внутренние органы, обеспечивая газообмен каждой клетки. Эффективность трахейного дыхания определяется тем, что оно не нуждается в учас­тии крови как транспортного по­средника. В этом заключается прин­ципиальное отличие трахейного дыхания от легочного и жаберно­го, при которых газы обязательно транспортируются кровью. Венти­ляция трахей у насекомых в отсут­ствии полета осуществляется чаще всего ритмическими сокращениями брюшка, а при полете усиливается движениями груди.

Газообмен у высших растений. У высших растений нет специали­зированной дыхательной системы. У водных растений развивается спе­циальная ткань — воздухоносная паренхима, в которой накаплива­ется и хранится кислород, исполь­зуемый для дыхания. У наземных растений органом газообмена явля­ется лист, реже стебель. Через ус­тьица в их эпидермисе осуществля­ется обмен газами между растени­ем и внешней средой. Кроме того, диффузия газов осуществляется через эпидермис корня, а также через чечевички и трещины в коре на одревесневших стеблях и кор­нях. Двигаясь по межклетникам в растворенном состоянии, кислород становится доступным клеткам, удаленным от поверхности растения. В клетках, содержащих хлорофилл, выделяемый при фотосин­тезе кислород может сразу же потребляться митохондриями и уча­ствовать в клеточном дыхании.

Для живых организмов характерен газообмен – потребление кислорода и выделение углекислого газа. Кислород используется клетками организма в аэробном дыхании, являясь конечным акцептором электронов и протонов. Углекислый газ является конечным продуктом дыхания.

Газообмен осуществляется через дыхательные поверхности – всего тела (у мелких организмов) либо специальных дыхательных органов: жабр, легких и трахей. Перенос газоув через дыхательные поверхности происходит диффузно. У растений газообмен осуществляется через устьица, чечевички, трещины в коре, эпидермис клеток.

1. Что представляет собой газообмен у жи­вых организмов?

2. Какие условия необходимы для осуществ­ления газообмена между организмом и ок­ружающей средой?

3. Чем принципиально отличается трахейное дыхание от жаберного и легочного?

4. Как осуществляется газообмен у расте­ний?