Біологія. 8 клас. Тагліна
Тема 4. Дихання як властивість живого. Будова й функції дихальної системи людини
§ 15. Дихання як властивість живого. Органи дихання в безхребетних тварин. Еволюція дихальної системи хордових
Поміркуйте й обговоріть ситуацію
Відомо, що людина може протриматися без їжі максимально до 45 діб, без води — від 3 до 10 діб, а ось без повітря — лише від 3 до 5 хвилин. Навіть спеціально підготовлена й натренована людина може перебувати під водою без повітря максимум до 15 хвилин. Чому саме повітря потрібне людині щохвилини?
Дихання — властивість живого. Процеси дихання в живих істот
Дихання властиве багатьом організмам — від бактерій до складно побудованих рослин і тварин. Дихання — це процес, завдяки якому живі організми отримують енергію шляхом окиснення органічних чи неорганічних хімічних сполук. Найпоширенішим окисником є Кисень.
Пригадайте: коли відбуваються хімічні реакції окиснення під час взаємодії метану (органічна речовина) чи сірководню (неорганічна речовина) з киснем, вони супроводжуються виділенням тепла й світла.
Дихальна система — це сукупність органів, що забезпечують газообмін між організмом і навколишнім середовищем.
Метанокиснювальні бактерії та сіркобактерії здійснюють подібні хімічні реакції для отримання енергії. Клітини еукаріот (рослин, тварин, грибів і найпростіших) здійснюють процес дихання завдяки мітохондріям, де й відбувається повне окиснення органічних речовин до вуглекислого газу й води. Окисником слугує Кисень. За таких умов вивільнена енергія запасається в хімічних зв’язках молекул АТФ і частково розсіюється у вигляді тепла.
Поміркуйте й обговоріть ситуацію
Луї Пастер 1861 року відкрив «життя без кисню». Наразі відомо про існування численних організмів, для яких кисень не потрібний або й згубний. Це різні бактерії, одноклітинні евкаріоти, паразитичні черви та ін. Як ці організми існують без кисню? Чому відкриття Л. Пастера спричинило «революцію» в науці кінця XIX століття?
Робота в парі
Створіть схему дихання в клітинах евкаріот. Зобразіть клітину, ядро, мітохондрії. Покажіть стрілками надходження до клітини органічних речовин — вуглеводів (С6Н12О6) і кисню, а також вихід із клітини вуглекислого газу та води. Позначте утворення в клітині АТФ і розсіювання тепла.
У багатоклітинних тварин процес дихання складається з кількох етапів:
- надходження кисню крізь органи дихання;
- транспортування газів організмом;
- дифузія газів у тканинах до клітин і мітохондрій;
- використання кисню для клітинного дихання й отримання енергії;
- виведення вуглекислого газу з організму.
Гази до клітин організму надходять за рахунок дифузії. Дрібним організмам швидкості дифузії вистачає для газообміну крізь покриви тіла. Це притаманне деяким ракоподібним (дафнії), жалким (прісноводна гідра, медузи) та червам (планарії, дощовий черв’як). У разі збільшення розмірів тіла, складності та швидкості обміну речовин у тварин з’являються спеціальні органи дихання. Вони забезпечують велику площу газообміну для дифузії, а також надходження / виведення газів із тканин.
Дифузія — процес взаємного проникнення молекул, йонів або атомів однієї речовини поміж молекул, йонів чи атомів іншої. Дифузія зумовлена хаотичним тепловим рухом частинок речовин.
Дослідження «Порівняння вмісту вуглекислого газу у вдихуваному та видихуваному повітрі»
rnk.com.ua/108461
Різноманітність органів дихання в безхребетних тварин
Поділіться своїми думками
Звідки швидше випарується 100 мл води: зі склянки чи з пласкої тарілки? Поясніть чому.
Надходження газів до організмів тварин забезпечують органи дихання, або дихальна система. У водних безхребетних організмів сформувалися зябра — пласкі, тонкі вирости поверхні тіла, що містять густу сітку капілярів для газообміну між кров’ю та водою. Багатощетинкові морські черви мають зяброподібні вирости (мал. 15.1). Справжні зябра розвинені в раків (мал. 15.2) і молюсків. Окрім наявності самих зябер, тварини мають забезпечити їхнє ефективне омивання водою, наприклад, за рахунок плавання чи рухів ніжками.
Мал. 15.1. Функцію дихання в багатьох морських багатощетинкових червів виконують розгалужені вирости тіла
Мал. 15.2. Зовнішні вирости на ніжках рачка артемії виконують функцію зябер
У комах і павуків сформувалися трахеї — розгалужені дихальні трубочки, що пронизують усе тіло й починаються на поверхні тіла дихальцями (мал. 15.3). Повітря втягується до трахей під час розширення тіла й виштовхується під час його стиснення.
Мал. 15.3. Дихальця на сегментах гусені продовжуються вглиб тіла тонкими хітиновими трубочками — трахеями
У деяких безхребетних сформувалися «легені» — мішкоподібні утворення для газообміну (наземні молюски, павуки). Вони мають густу сітку капілярів, а повітря до них активно нагнітається роботою м’язів тіла. Так, у равлика ахатини легеня — це мішкоподібна складка мантії, що відкривається назовні отвором (мал. 15.4).
Мал. 15.4. Легеня (складка мантії) ахатини (гігантського африканського равлика)
Еволюція дихальної системи в хордових тварин
Первинноводні хордові тварини дихають зябрами. Наприклад, ланцетник має зяброві щілини в глотці, а в риб для газообміну сформувалися зябра (мал. 15.5, с. 76).
Мал. 15.5. Зяброве дихання кісткових риб
Для дихання атмосферним повітрям в амфібій сформувалися прості мішкоподібні легені як парні вирости глотки (мал. 15.6, с. 76). Повітря до них надходить із ротової порожнини у разі скорочення м’язів дна ротової порожнини (як наче проковтування повітря). Легені амфібій мають невеликі об’єм і площу (мал. 15.6), чого недостатньо для забезпечення організму киснем. Тому газообмін також здійснюється крізь тонку, вкриту слизом шкіру, пронизану кровоносними капілярами.
Мал. 15.6. Схема дихальної системи та будова легень жаби
Знайдіть інформацію й виконайте завдання
Для чого дводишні риби використовують свої «легені»? Які особливості кровоносної системи мають ці риби? Навіщо кістковим рибам потрібні зяброві кришки? Яке це має пристосувальне значення?
Довідка. Уперше в еволюції хребетних легенеподібні структури з'являються в лопатеперих риб. У сучасних дводишних риб «легені» формуються з плавального міхура й слугують для дихання атмосферним повітрям.
Через подальше пристосування до життя на суходолі в рептилій шкірні покриви зроговіли й стали сухими та щільними, що унеможливило шкірне дихання. Вони також розвинули швидкі й досконалі рухи, а їхній рівень обміну речовин значно зріс. Це зумовило ускладнення й дихальної системи. У легенях утворилися перегородки та численні дрібні комірки, що в сотні разів збільшили площу поверхні для газообміну. У рептилій виникли повітроносні шляхи — трахея та бронхи. Для ефективної вентиляції легень розвинувся новий механізм — розширення та звуження грудної клітки за рахунок скорочення міжреберних м’язів. Вони зумовлюють рухи грудної клітки.
Відкритий мікрофон
Відомо, що зяброві кришки кісткових риб рухаються й забезпечують потрапляння води, насиченої киснем, до зябер. А як тоді відбувається дихання в хрящових риб — акул і скатів, — якщо в них немає зябрових кришок? Чому вони не задихаються?
У птахів легені мають губчасту будову із численними перегородками та комірками. Додатково в них утворюються повітряні мішки, що забезпечує в польоті «подвійне дихання» — насичення крові киснем і під час вдиху, і під час видиху (мал. 15.7).
Мал. 15.7. Схема дихальної системи птаха
У ссавців сформувалися легені альвеолярної будови. Альвеола — це малесенький мішечок з одного шару клітин. Вона заповнена повітрям і зовні обплетена капілярами (мал. 15.8). Завдяки наявності мільйонів таких альвеол площа для дифузії газів у сотні разів більша за поверхню тіла. У всіх ссавців у диханні бере участь діафрагма — м’яз, який розділяє грудну та черевну порожнини.
Розв'язання проблемних питань і завдань із теми
Відомо, що у хвостатих амфібій шкірне дихання переважає над легеневим, а в безхвостих амфібій, навпаки, переважає легеневе дихання. А ось личинки всіх амфібій дихають зябрами. Поясніть, чому відбувається саме так. Які умови навколишнього середовища й особливості будови амфібій сприяли формуванню таких адаптацій?
Відкритий мікрофон. Підготуйте інформацію для обговорення теми: «Адаптація дихальної системи тварин до життя: а) під водою, б) у високогірних районах». Оберіть модератора / модераторку для ведення дискусії, доповідачів / доповідачок і учасниць / учасників дискусії.
Мал. 15.8. Дихальна система ссавця
Опорні точки
У дрібних тварин газообмін здійснюється шляхом дифузії газів. У безхребетних тварин можуть бути зябра, трахеї чи легеневі мішки. У первинно-водних хордових органи дихання — це зябра. Еволюція дихальної системи в наземних хребетних відбувалася через збільшення площі поверхні легень для газообміну й удосконалення системи нагнітання до них повітря.
Запитання і завдання
1. Прочитайте текст.
An animal has a trachea, bronchi, and well-developed lungs with small air sacs. Air is drawn into the lungs by means of intercostal muscle contraction and chest movements. The animal is unable to breathe through its skin due to the presence of horny integuments.
До якої групи належить тварина з названими особливостями дихальної системи?
2. Про яку здатність тварин ідеться в прислів’ї «Де птахів немає, там і жаби за солов’я зійдуть»? Чим відрізняється механізм цієї здатності в жаб? Чи потрібні для цього легені? Чи є біологічне підґрунтя в значенні цього вислову?
3. Спрогнозуйте особливості еволюції дихальної системи наземних хордових, якби атмосфера Землі містила не 21 %, а 35 % кисню.
