Vandens gyvūnų kvėpavimo ypatybės. Vandens organizmų kvėpavimo organai

Vandens gyvūnų bendrijos Kiekviena gyvūnų rūšis pasirenka gyvenimui tinkamą buveinę (biotopą, mikrostotį), kurios sąlygoms yra labiausiai prisitaikiusi. Galima nustatyti charakteringus, vienalyčius faktorius biotopus, kuriuose formuojasi stabilios rūšys.

3.7. Vandens kliūčių įveikimas 3.7.1. Fording Pagrindinė sąlyga kertant upę yra brastos vietos pasirinkimas. Brastos perėjimui parenkama vieta, kur upė padalinta į kelias atšakas. Ją reikia kirsti plačiausioje vietoje žemiau upės posūkio arba

Vandens kliūčių įveikimas Vandens perėja Brados perėjai parenkama vieta, kur upė padalinta į kelias atšakas. Ją reikia kirsti plačiausioje vietoje žemiau upės posūkio arba pasroviui su sala tarp šakų. Didžiausias gręžimo gylis

Yra primityvios žiaunos. Daugumoje aukštesnių gyvūnų jie yra ant šoninių kūno sienelių ir viršutinių krūtinės kojų dalių. Vandens vabzdžių lervos turi trachėjos žiaunas, kurios yra plonasienės ataugos ant skirtingos dalys kūnai, kuriuose yra trachėjų tinklas.

Iš dygiaodžių jūrų žvaigždės ir jūrų ežiai turi žiaunas. Visi pirminiai vandens chordatai (žuvys) turi eiles suporuotų angų (žiaunų plyšių), esančių ryklėje. Kvėpuojantiems žarnyne (mobiliems dugniniams gyvūnams), gaubtagyviams (mažiems jūrų gyvūnams, kurių kūnas panašus į maišelį, padengtas apvalkalu) ir nekranialiniuose (ypatinga bestuburių gyvūnų grupė), vandeniui praeinant per žiaunas, vyksta dujų apykaita. plyšiai.

Kaip gyvūnai kvėpuoja žiaunomis

Žiaunos susideda iš lapelių (siūlų), jų viduje yra kraujagyslių tinklas. Juose esantis kraujas yra atskirtas nuo išorinė aplinka labai plona oda, tuo pačiu sukuriant būtinas sąlygas keistis tarp vandenyje ištirpusių dujų ir kraujo. Žuvų žiaunų plyšiai atskirti lankais, iš kurių tęsiasi žiaunų pertvaros. Kai kurių kaulinių ir kremzlinių rūšių žiaunų žiedlapiai išsidėstę išorinėje lankų pusėje dviem eilėmis. Aktyviai plaukiančios žuvys turi daug didesnį paviršiaus plotą nei sėslūs vandens gyvūnai.

Daugelio bestuburių, jaunų buožgalvių, šie kvėpavimo organai yra ant lauke kūnas. Žuvyse ir aukštesniuose vėžiagyviuose jie yra paslėpti po apsauginiais įtaisais. Dažnai žiaunos išsidėsčiusios specialiose kūno ertmėse, jas galima uždengti specialiomis odos klostėmis arba odiniais gaubtais (operkulais), apsaugančiais nuo pažeidimų.

Žiaunos atlieka ir kraujotakos sistemos funkciją.

Operculum judėjimas kvėpavimo metu atliekamas kartu su burnos judėjimu (atidarymu ir uždarymu). Kvėpuodamas žuvis atidaro burną, traukia vandenį ir užsidaro. Vanduo veikia kvėpavimo organus, praeina pro juos ir išeina. Deguonį sugeria žiaunose išsidėstę kraujagyslių kapiliarai, o panaudotas anglies dioksidas per juos patenka į vandenį.

Gyvūnas, kuris tam tikrą laiką arba visą gyvenimą gyvena vandenyje. Daugelis vabzdžių, tokių kaip uodai, gegužinės, laumžirgiai ir slapukai, pradeda savo veiklą. gyvenimo ciklas, kaip vandens lervos prieš išsivystant į sparnuotus suaugusius gyvūnus. Vandens gyvūnai gali kvėpuoti oru arba gauti vandenyje ištirpusio deguonies specializuotos įstaigos vadinamos žiaunomis, arba tiesiai per odą. gamtinės sąlygos ir juose gyvenančius galima suskirstyti į dvi pagrindines kategorijas: vandens arba.

Vandens gyvūnų grupės

Daugelis žmonių galvoja tik apie žuvis, kai jų klausia apie vandens gyvūnus. Tačiau vandenyje gyvena ir kitos gyvūnų grupės:

• žinduoliai, tokie kaip (banginiai), sirenos (dugongiai, lamantinai) ir irklakojai (tikrieji ruoniai, ausieji ruoniai ir vėpliai). Sąvoka „vandens žinduolis“ taip pat taikoma gyvūnams, turintiems, pvz upinė ūdra arba bebrai, gyvenantys pusiau vandenyje;
• vėžiagyviai (pvz., jūros sraigės, austrės);
• (pavyzdžiui, koralai);
• (pvz., krabai, krevetės).

Terminas „vandens“ gali būti taikomas gyvūnams, gyvenantiems tiek gėlame vandenyje (gėlo vandens gyvūnai), tiek sūriame vandenyje (jūrų gyvūnai). Tačiau jūrų organizmų sąvoka dažniausiai vartojama gyvūnams, gyvenantiems jūros vandens y., vandenynuose ir jūrose.

Vandens gyvūnai (ypač gėlavandeniai gyvūnai) gamtosaugininkams dažnai kelia ypatingą susirūpinimą dėl savo trapumo. Jie susiduria su pernelyg intensyvia žvejyba, brakonieriavimu ir tarša.

varlių buožgalviai

Daugeliui iš jų būdinga vandens lervos stadija, pavyzdžiui, varlių buožgalviai, tačiau suaugusieji gyvena sausumos gyvenimo būdą prie vandens telkinių. Kai kurioms žuvims, tokioms kaip arapaima ir vaikščiojantys šamai, taip pat reikia kvėpuoti oru, kad išgyventų deguonies stokojančiame vandenyje.

Ar žinote, kodėl garsaus animacinio filmo „Kempiniukas Kvadratinės kelnės"(arba" Kempiniukas Kvadratinės kelnės"), vaizduojamas kaip kempinė? Kadangi yra vandens gyvūnų, vadinamų jūriniais. Tačiau jūros kempinės neatrodykite kaip kvadratinė virtuvės kempinė, kaip animacinio filmo personažas, bet turėkite daugiau apvali forma kūnas.

Žuvys ir žinduoliai

Žuvų būrys prie koralinio rifo

Ar žinote, kas egzistuoja didelis kiekisžuvų rūšys nei varliagyviai, paukščiai, žinduoliai ir ropliai kartu paėmus? Žuvys yra vandens gyvūnai, nes visą savo gyvenimą praleidžia vandenyje. Žuvys yra šaltakraujos ir turi žiaunas, kurios paima deguonį iš vandens, kad galėtų kvėpuoti. Be to, žuvys yra stuburiniai gyvūnai. Dauguma žuvų rūšių gali gyventi tiek gėlame, tiek jūros vandenyje, tačiau kai kurios žuvys, pavyzdžiui, lašišos, gyvena abiejose aplinkose.

Dugongas – vandens žinduolis iš sirenų klasės

Nors žuvys gyvena tik vandenyje, žinduolių galima rasti sausumoje ir vandenyje. Visi žinduoliai yra stuburiniai; turėti plaučių; jie yra šiltakraujai ir užuot dėję kiaušinėlius, atsiveda gyvus jaunuolius. bet vandens žinduoliai išgyventi priklauso nuo vandens. Kai kurie žinduoliai, pavyzdžiui, banginiai ir delfinai, gyvena tik vandenyje. Kiti, pavyzdžiui, bebrai, yra pusiau vandens. Vandens žinduoliai turi plaučius, bet neturi žiaunų ir negali kvėpuoti po vandeniu. Jie turi reguliariai išplaukti į paviršių, kad kvėpuotų oru. Jei kada nors matėte, kaip atrodo vandens fontanas, išeinantis iš banginio prapūtimo duobės, turėtumėte žinoti, kad tai yra iškvėpimas, po kurio eina įkvėpimas, kol gyvūnas vėl pasineria po vandeniu.

Moliuskai, cnidariai, vėžiagyviai

Milžiniška tridakna – didžiausias atstovas dvigeldžiai

Moliuskai yra bestuburiai, turintys minkštą raumeningą kūną be kojų. Dėl šios priežasties daugelis moliuskų turi kietą kiautą, kad apsaugotų savo pažeidžiamą kūną nuo plėšrūnų. Jūros sraigės ir austrės yra vėžiagyvių pavyzdžiai. Kalmarai taip pat yra moliuskai, tačiau jie neturi kiautų.

medūzų spiečius

Kas bendro tarp medūzų, jūros anemonų ir koralų? Visi jie priklauso cnidarams – vandens gyvūnų grupei, kurie yra bestuburiai, turintys ypatingą burną ir geliančias ląsteles. Per burną esančios geliančios ląstelės yra naudojamos maistui sugauti. Medūzos gali judėti, kad gautų grobį, tačiau jūros anemonai ir koralai yra prisirišę prie uolų ir laukia, kol maistas priartės prie jų.

raudonasis krabas

Vėžiagyviai yra vandens bestuburiai, turintys kietą chitininį išorinį apvalkalą (egzoskeletą). Kai kurie pavyzdžiai yra krabai, omarai, krevetės ir vėžiai. Vėžiagyviai turi dvi poras antenų (antenų), kurios padeda jiems gauti informaciją apie aplinką. Dauguma vėžiagyvių minta plūduriuojančiomis negyvų augalų ir gyvūnų liekanomis.

Išvada

Vandens gyvūnai gyvena vandenyje ir priklauso nuo jo išlikimo. Yra įvairių vandens gyvūnų grupių, įskaitant žuvis, žinduolius, moliuskus, cnidarijas ir vėžiagyvius. Jie gyvena arba gėlo vandens telkiniuose (upelėse, upėse, ežeruose ir tvenkiniuose) arba sūriame vandenyje (jūrose, vandenynuose ir kt.), gali būti ir stuburiniai, ir bestuburiai.

Vandens gyvūnai gyvena aplinkoje, kurioje trūksta deguonies ir pasižymi dideliu šilumos laidumu. Norėdami kvėpuoti ir nemirti nuo per didelio šilumos nuostolių, jie sukūrė daugybę pritaikymų.

Menkės gyvenimas nėra lengvas. Vandenyje deguonies mažai: ore jo yra 21%, vandenyje – ne daugiau 0,7%, o jei jis šiltas ar labai sūrus – dar mažiau. Kad gautų būtinus kelis gramus deguonies, žuvys turi kasdien per žiaunas varyti 10 m³ vandens. Tritonams ir kitiems varliagyviams užtenka kasdien per plaučius praleisti vos kelis litrus oro.

povandeninis kvėpavimas

Vanduo yra daug tankesnė ir klampesnė terpė nei oras, o prasiskverbti per žiaunas nėra taip paprasta. Gyvūnai, kvėpuojantys po vandeniu, dujų mainų metu išleidžia 10-20% daugiau energijos nei kvėpuojantys. atmosferos oras. Labai maži organizmai, pavyzdžiui, mikroskopiniai planktoniniai gyvūnai, kvėpuoja per visą kūno paviršių – dėl deguonies difuzijos per odą. Organizmai, kurių matmenys viršija 1 mm, yra priversti naudoti įvairius kvėpavimo prietaisus. Taigi, kempinių kūnas yra persmelktas sudėtinga kanalų sistema, per kurią jos varo vandenį vidinė ertmė. Dauguma jūrų gyvūnų – moliuskų, kirmėlių, žuvų – po vandeniu kvėpuoja specialių dujų mainų organų – žiaunų pagalba. Tai savotiškas filtras su mažiausiu tinkleliu vandeniui filtruoti.

Kuo didesnis organizmo energijos poreikis, tuo daugiau plotožiaunų paviršiai, per kuriuos absorbuojamas deguonis. Žiaunos yra persmelktos kapiliarais. Per plonas šių mažų kraujagyslių sieneles deguonis prasiskverbia į kraują, kuris perneša jį po visą kūną. Dvigeldžiai per savo žiaunas vandenį judina blakstienomis, vėžiagyviai judina galūnes, o dauguma žuvų atidaro ir uždaro žiaunų dangtelius.

Vandens-druskos mainai

Apsvarstykite dviejų susisiekiančių indų, užpildytų vandeniu, sistemą. Jei į vieną bus pridėta vandenyje tirpios medžiagos, jos koncentracija abiejuose induose greitai bus vienoda. Ištirpusios medžiagos visada pasklinda (persikelia) iš ten, kur jų daugiau, ten, kur jų mažiau. Įvairios medžiagos, įskaitant druskas, taip pat ištirpsta gyvų būtybių organizme esančiuose skysčiuose. Midijose, aneliduose, jūrų žvaigždės, jūros ežiai ir kai kurių kitų bestuburių, medžiagų koncentracija kūno skysčiuose sutampa su vandens aplinkos druskų sudėtimi. Tačiau dauguma gyvūnų negalėtų išgyventi, jei jie vidinė aplinka buvo tokios pat sudėties kaip ir išorinis. Gėlavandenių gyvūnų organizme druskų koncentracija turėtų būti didesnė nei vandenyje, o jūros gyvūnų – mažesnė. Kad nemirtų, visi vandens organizmai yra priversti reguliuoti vandens-druskų apykaitos procesus – atlikti vadinamąją osmoreguliaciją.

At gėlavandenės žuvys vidinė aplinka sūresnė už išorę, ir gėlo vandens lengvai įsiskverbia į kūną. Norėdami pašalinti jo perteklių, žuvys išskiria didelis skaičius labai praskiestas šlapimas. Pavyzdžiui, karpiai sulaiko druskas inkstuose, todėl jų šlapime yra labai mažai. Be to, žuvys žiaunų pagalba pasisavina druską iš vandens, taip pat gauna jos su maistu. Jūrų gyvūnų atveju padėtis yra atvirkštinė. Kad sūrioje aplinkoje neištiktų dehidratacija, jie geria daug jūros vandens, jį gėlina ir iš organizmo išskiria nedidelį kiekį šlapimo su didele druskų koncentracija. Taip elgiasi, pavyzdžiui, menkė. Tačiau pagrindinis „gėlinimo aparatas“ yra žuvyje žiaunose: specialios ląstelės sugeria druskas iš kraujo ir kartu su gleivėmis jas išneša.

termoreguliacija

Vandens šilumos laidumas yra daug didesnis nei oro, todėl dauguma vandens gyvūnų nesugeba reguliuoti savo kūno temperatūros. Menkės kūno temperatūra yra apie 11 °C – kaip vandens, kuriame gyvena ši žuvis. Tik kelios žuvys, pavyzdžiui, tunai, sugeba palaikyti aukštesnę temperatūrą raumenyse ir smegenyse nei lauke. Norint išvystyti greitį, reikia žuvies raumenų karštis– tokiu atveju jos sumažėja greičiau. Tuo pačiu metu kitų tuno organų temperatūra išlieka tokia pati kaip ir aplinkos temperatūra.

Šildymo problemos

Visi žinduoliai, įskaitant jūrinius, yra šiltakraujai gyvūnai: jie sugeba palaikyti pastovią kūno temperatūrą. IN vandens aplinka jie turi tam išleisti daug energijos. Juos gelbsti storas poodinių riebalų sluoksnis, kuris neleidžia atvėsti. Vidaus organai, ir dideli dydžiai. Didėjant kūno dydžiui, paviršiaus ploto ir tūrio santykis mažėja, todėl didesni gyvūnai praranda mažiau šilumos per odą. Norėdami palaikyti pastovią kiekvieno kubinio kūno metro temperatūrą, didžiuliai banginiai išleidžia daug mažiau energijos nei delfinai.

Gyvenimas tamsoje

Švariame, skaidriame jūros vandenyje 40% šviesos prasiskverbia į 1 m gylį, o tik 1,5% į 40 m gylį. Nepaisant šviesos trūkumo, dauguma jūrų organizmai išlaikė puikų regėjimą. aštrios akys leidžia daugeliui jų, pavyzdžiui, žuvims ir galvakojams, atskirti objektus net dideliame gylyje. Akys galvakojų- sepijos, aštuonkojai, kalmarai - savo struktūra primena žinduolių akis. Regėjimo aštrumą užtikrina didelis šviesai jautrių elementų tankis tinklainėje: aštuonkojų 1 mm2 tinklainės jų yra apie 64 tūkst., sepijų – 105 tūkst., kalmarų (palyginimui: katės) – 162 tūkst. turi 400 tūkst.).

Kai kurie giliavandeniai kalmarai turi asimetriškas akis: kairioji yra 4 kartus didesnė už dešiniąją. Daugelio mokslininkų teigimu, didelės akies pagalba gyvūnai žvelgia į tamsias jūros gelmes, o mažieji – į šviesius viršutinius vandens sluoksnius. Ir galiausiai, ant kai kurių kalmarų pelekų yra miniatiūriniai „terminiai radarai“, galintys suvokti infraraudonuosius (šiluminius) spindulius ir padėti šiems jūrų plėšrūnams naršyti ir medžioti tamsoje.

Jūrų organizmai dažnai turi aštrų uoslę, gali aptikti vandens svyravimus, jausti nedidelius slėgio pokyčius ir net suvokti elektromagnetiniai laukai. Iš visų jūros gyvūnų rykliai ir delfinai turi turbūt pačius įvairiausius pojūčius.

pavojingas nardymas

Žinduolių nardymas į didelį gylį yra rizikingas verslas. Didėjant gyliui, didėja plaučiuose sukaupto oro slėgis, kraujas palaipsniui prisotinamas deguonimi ir azotu. O esant dideliam kiekiui kraujyje, šios dujos tampa toksiškos. Be to, kadangi azotas greitai kyla į paviršių, gali susidaryti burbuliukai (panašiai kaip soda burbuliuoja atidarytame butelyje) ir užsikimšti kraujagyslės. Žmonėms šis reiškinys vadinamas dekompresine liga.

Banginiai ir ruoniai sukūrė specialias adaptacijas, leidžiančias efektyviai panaudoti plaučiuose esantį orą po vandeniu. Jų širdis plaka lėčiau nei panašaus dydžio sausumos gyvūnų, o tai sumažina organizmo deguonies poreikį. Jų kraujyje yra daugiau hemoglobino, todėl jis suriša daugiau deguonies. Kai kurios kitos anatominės ir fiziologinės adaptacijos neleidžia susidaryti azoto burbulams kraujyje pakilimo metu ir leidžia gyvūnams išlaikyti azoto kiekį kraujyje, kuris būtų mirtinas sausumos gyvūnams, arba apriboti jo patekimą į kraują, pavyzdžiui, kaupiant organuose. Weddell ruonių azotas kaupiasi bronchuose, todėl sumažėja jo patekimas į kraują, o dideliame gylyje jis nedaro toksinio poveikio ruonių audiniams. Dėl to Weddell ruoniai gali pasinerti į 500 m gylį ir sulaikyti kvėpavimą po vandeniu 70 minučių. Kašalotai neria į 2200 m gylį ir gali išbūti po vandeniu net ilgiau nei Weddell ruoniai! Didžiulis kūno dydis padeda kašalotui: palyginti su ruoniais, jis praranda mažiau šilumos, vadinasi, sunaudoja mažiau deguonies.

Kvėpavimasįvardykite bent du tarpusavyje susijusius, bet skirtingus procesus. Kvėpavimas biocheminiu požiūriu yra organinių junginių (pirmiausia angliavandenių) skilimo procesas heterotrofais į paprastesnes molekules (bendruoju atveju CO 2 ir H 2 O), išskiriant organizmui reikalingą energiją (kuris yra saugomas ATP – adenozino trifosfato pavidalu). Cheminiu požiūriu šis procesas yra panašus į skilimą ir degimą, o organinėms medžiagoms oksiduoti paprastai reikalingas molekulinio deguonies dalyvavimas. Tiesa, anaerobinis organinių medžiagų skilimas (jo kai kurie organizmai ir audiniai naudojasi, kai trūksta deguonies) dar vadinamas kvėpavimu.

Kvėpavimas fiziologijos (ir ekologijos) požiūriu yra tik molekulinio deguonies (reikalingo maistui oksiduotis) pasisavinimo organizme ir ląstelėse bei anglies dioksido (susidaro oksiduojantis maistui) išsiskyrimo procesas.

Kiekybiškai organizmo kvėpavimas (abiem prasmėmis) yra tiesiogiai susijęs su mityba, tarnauja tam pačiam cheminė reakcija organinių medžiagų oksidacija iki CO 2 ir H 2 O. Visų šių procesų derinys vadinamas metabolizmu - medžiagų apykaitą .

Metabolizmas ir jo greitis

Metabolizmo ir energijos greitis organizme (arba populiacijoje) daugeliu atžvilgių yra labai svarbi charakteristika. Įprasta tai išreikšti kalorijomis per laiko vienetą, kartais deguonies suvartojimo greičiu. Bet kuriuo atveju reikia suprasti, kad medžiagų apykaitos greitis yra proporcingas tiek maisto suvartojimo greičiui, tiek deguonies poreikiui ir iš esmės atspindi organizmo vaidmenį jo ekosistemoje. Išmatų išsiskyrimo greitis priklauso ir nuo metabolizmo greičio (bet ne tiesiogiai, nes skirtingų gyvūnų skirtingų maisto produktų pasisavinimo efektyvumas yra skirtingas). Tas pats medžiagų apykaitos greitis priklauso nuo gyvūno kūno svorio, bet ne tiesiogiai (kaip gali atrodyti), o šiek tiek gudriai - su maždaug 0,75 galios rodikliu. Kitaip tariant, gyvūno masei padidėjus 10 000 kartų (keturiais dydžiais), jo medžiagų apykaitos greitis padidės tik 1000 kartų (trimis eilėmis). Mažų gyvūnų medžiagų apykaita santykinai greitesnė nei didelių – todėl tona pelių (kurių vidutinis kūno svoris, pavyzdžiui, 50 gramų) suėda ir išskiria daug daugiau medžiagų nei tona dramblių (tiksliau, penktadalis penkias tonas sveriantis dramblys). Jei prisiminsime vabzdžius (kurių vidutinis svoris yra miligramai) ir bakterijas (kurių kūno svoris yra apie 10–12 gramų), tada paaiškėja, kad tai yra maži organizmai, kurie per save perduoda pagrindinį medžiagos ir energijos srautą; didieji dažniausiai kaupia savyje.

Tai yra esminis skirtumas tarp vartotojų ir skaidytojų. Vartotojai yra gana dideli gyvūnai, kurių medžiagų apykaita lėta, sukaupiantys didelę biomasę ir sukeliantys (kartu su gamintojais) struktūrinę ekosistemų įvairovę. Mes juos matome. O skaidytojai yra labai greitos apykaitos mikroorganizmai, kurie, turėdami santykinai mažą biomasę, prasiskverbia pro save ir suskaido didžiąją dalį. organinės medžiagos ir užtikrinti heterotrofų funkciją ekosistemose. Jie praktiškai nematomi – yra tik jų veiklos produktai.

Akivaizdu, kad medžiagų apykaitos greitis priklauso nuo daugelio kitų veiksnių. Šaltakraujams organizmuose jis siejamas su temperatūra – kuo šilčiau, tuo greitesnis apsikeitimas. Tai susiję ir su šiltakraujomis gyvūnais, tačiau atvirkščiai – kuo šalčiau, tuo daugiau energijos jie pagamina ir išleidžia savo atšilimui. Apskritai šiltakraujų gyvūnų medžiagų apykaitos greitis yra kelis kartus didesnis nei šaltakraujų. Judrūs gyvūnai išeikvoja daugiau energijos nei sėslūs, raumeningi daugiau nei vandeningi ir riebūs, jauni ir augantys daugiau nei seni ir pan. Norint tiesiogiai nustatyti organizmo medžiagų apykaitos greitį, reikia atsižvelgti arba į jo mitybos greitį ir maisto kaloringumą, arba į deguonies pasisavinimo greitį; dažniau jie naudoja paruoštas empiriškai išvestas formules su savo koeficientais kiekvienai gyvūnų grupei, rūšiai:

Keitimasis, ml O 2 / val. = Skaičius * Kūno svoris 0,75, g * Grupei būdingas koeficientas.

Ekologijoje vietoj gausos naudojamas gyventojų tankis, o mainai skaičiuojami dugno ploto arba vandens tūrio vienetui. Šios lygties koeficientas bestuburiams paprastai yra artimas 0,1, žuvims – iki 0,3, šiltakraujams stuburiniams – iki 1. Galios koeficientas taip pat 0,75 colio skirtingos grupės kirvis skiriasi, bet silpnai - maždaug nuo 0,7 iki 0,8.

Jei reikia konvertuoti skaičiavimus į kalorijas, pasinaudokite šiomis žiniomis: Deguonies tankis yra 1,43 mg/ml; 1 mg sunaudoto deguonies prilygsta 3,4 cal išsiskyrimui. Todėl 1 ml O 2 \u003d 4,86 ​​kalorijos.

Šio skaičiavimo nereikėtų painioti su energijos, išsiskiriančios vienam suvartoto maisto vienetui, skaičiavimu. Pagrindinė informacija yra. Angliavandeniai ir baltymai vienodai suvartoja deguonį ir suteikia 4,2–4,3 kcal/gramui skaidomų medžiagų. Riebalai yra maždaug dvigubai energingesni ir suteikia apie 9,4 kcal/gramą; atitinkamai jų oksidacijai reikia daugiau deguonies.

Įdomu tai, kad organinių medžiagų oksidacijos greitis ląstelėse yra tiesiogiai susijęs su jose ištirpusio deguonies koncentracija. Ši koncentracija negali būti labai didelė, nes deguonies tirpumas vandenyje (taip pat kraujo plazmoje ir net ląstelių citoplazmoje) yra mažas ir maždaug lygus 10 mg / l esant 15 ° (apie 15 esant 0 ° ir apie 7,5 - esant 30 °). Galbūt, jei deguonis geriau tirptų vandenyje, visa gyvybė Žemėje tekėtų greičiau...

Pagalbinių kvėpavimo priemonių apžvalga

Paprastai dujų mainams (ištirpusio deguonies absorbcijai ir anglies dioksido išsiskyrimui) vandens bestuburiai naudoja visą kūno paviršių, kuris neturi tankių nepralaidžių dangų. Primityviausi (kaip ir visi labai maži) gyvūnai yra Nr kvėpavimo sistemos Neturi.

Deguonies difuzijos vandenyje greitis yra toks, kad esant grynai odai dujų mainams, ląstelės, kurios yra ne toliau kaip 1 milimetras nuo dujų mainų paviršiaus, gali normaliai funkcionuoti; atitinkamai gyvūno storis kvėpuojant oda neturi viršyti 2 mm. Padidėjus organizmui, padidėjus apsauginėms dangoms, o taip pat mažėjant vandenyje ištirpusio deguonies koncentracijai, odos dujų apykaita ima nepakankama, todėl atsiranda būtinybė plėtoti papildomas adaptacijas. Pagrindinės iš jų yra: specialių kvėpavimo organų (žiaunų), žiaunų plovimo sistemų, deguonies kaupimo ir transportavimo organizme sistemų, gyvenimo deguonies turtinguose vandenyse, perėjimo prie oro kvėpavimo kūrimo.

Žiaunos

Žiaunos yra visos gyvūnų kūno ataugos, naudojamos kvėpuoti vandeniu. Paprastai tai skirtingos rūšies skiltelės, žiedlapiai, šakotos gijos ir kt., beveik visada plonasienės, praktiškai be raumenų, tačiau turinčios didelį išorinį paviršių ir su tankiu kraujagyslių tinklu iš vidaus. Kartais (ypač labai judrių organizmų – žuvų, aukštesniųjų vėžiagyvių) žiaunos būna gana kompaktiškos ir pašalinamos po apsauginiais įtaisais, kad nepažeistų bendrų kūno kontūrų; sėsliems ir sėsliems gyvūnams, priešingai, jie gali sudaryti vešlius tankus. Dažnai žiauniniai organai atlieka ir kitas funkcijas – maisto gaudymą (daugelyje filtrų šėryklių – dvigeldžių, brachiopojų, sėslių daugiasluoksnių), jonų mainų su aplinka ir osmoreguliacijos (daugumos gėlavandenių gyvūnų). Apskritai žiaunų išsivystymas leidžia kelis kartus, o kartais ir keliasdešimt kartų padidinti kvėpavimo takų paviršių. Dauguma gyvūnų, sveriančių daugiau nei 10 mg, turi žiaunas; daugumą mažesnių valdo bendra odos dujų mainai. Kita vertus, sveriantiems daugiau nei 1 gramą vien tik žiaunų išsivystymo dažnai nepakanka, o gyvūnai sukuria papildomas priemones kvėpavimo dažniui padidinti.

Oro kvėpavimas

Perėjimas prie kvėpavimo su atmosferos deguonimi leidžia visiškai atsikratyti vandens kokybės problemos. Tai nepamainomas būdas užpelkėjusių ir pūvančių supuvusiu vandeniu tvenkinių gyventojams. Tačiau kvėpuojant oru reikia periodiškai patekti į vandens paviršių, o tai patogu gyvenant sekliame telkinyje, ar šalia paviršiaus (o ypač pakrantės pakraštyje) didesniame; daugumoje didelių vandens telkinių bendrijų gyvūnams tokia galimybė atimta. Be to, plaučių kvėpavimo įgijimas yra sudėtinga evoliucinė transformacija, kurią pasiekia tik kelios kažkada nusileidusių gyvūnų grupės (iš kurių kai kurie vabzdžiai, vorai, plaučių moliuskai, aukštesniosios dėlės, varliagyviai ir banginių šeimos gyvūnai grįžo į vandenį; jie vadinami antriniais vandens gyvūnai).

anaerobinis metabolizmas

Kadangi manoma, kad gyvybė atsirado praktiškai beanoksinėje aplinkoje, pradinis gyvūnų metabolizmo kelias yra anaerobinis, ty dalinis organinių medžiagų skilimas nedalyvaujant deguoniui. Dažniausias anaerobinis procesas yra glikolizė , kuriame gliukozės molekulė per kelis etapus fermentų suskaidoma į dvi pieno rūgšties molekules, susidarant dviem ATP molekulėms (visiškai oksiduojant gliukozę deguonimi į anglies dioksidą, gaunamos 36 ATP molekulės). Visais atvejais ir visuose organizmuose glikolizė vyksta prieš aerobinį angliavandenių skaidymą; jam būdingas didelis srautas ir, intensyviai dirbant daugeliui raumenų, būtent jis suteikia pagrindinę energiją. Jis turi du trūkumus: mažas efektyvumas (beveik 20 kartų mažesnis nei visiškai suskaidžius gliukozę į Krebso ciklas ) ir greitas kenksmingos pieno rūgšties kaupimasis audiniuose. Todėl aerobiniuose organizmuose anaerobinis organizmas leidžiamas tik esant kritinei situacijai ir už trumpam laikui. Mikroorganizmai, nuolat gyvenantys aplinkoje, kurioje nėra deguonies (pavyzdžiui, dumblo storyje rezervuarų dugne), yra kitas dalykas. Jie neturi galimybių, veikia glikolizės būdu, o pieno rūgštis patenka į aplinką. Deguonis jiems yra nuodingas, o jų aplinkos aeracija sukelia greitą bendrijų pasikeitimą į aerobines. Be glikolizės, žinomi dar keli biocheminiai anaerobinio metabolizmo variantai, kurių vienai gliukozei tenka nuo 2 iki 6 ATP molekulių. Visi jie randami mikroorganizmuose, o kai kuriuos naudoja ir nemažai bestuburių.

Įvairių gyvūnų grupių kvėpavimo organų apžvalga

Kempinės, koelenteratai, plokščiosios kirmėlės, nematodai

Kempinės, koelenteratai, plokščiųjų kirmėlių, nematodai – neturi specialių kvėpavimo organų (taip pat ir kraujotakos sistemos). Kai kurių iš šių sistemų galima atsisakyti dėl jų mažo dydžio ir plokštumo, o kitų - dėl to, kad kūno viduje yra didžiulė ertmių sistema, per kurią cirkuliuoja vanduo. Masyvi medūzų mezoglėja beveik visiškai sudaryta iš vandens ir sunaudoja labai mažai deguonies.

anelidai

Dauguma daugiau ar mažiau stambių daugiasluoksnių turi specialias šonines kūno ataugas – žiaunas; kartais jų funkciją atlieka parapodijos. Deguonies cirkuliaciją organizme užtikrina kraujotakos sistema. Kaip daugiau peržiūros ir kuo mažiau deguonies turtingoje aplinkoje jis gyvena, tuo galingesnė jo kraujotakos sistema ir žiaunų ataugos. Kai kuriose grupėse (pavyzdžiui, Tubificidae ir Lumbricidae oligochaetuose) jau atsiranda kvėpavimo pigmentų, tokių kaip hemoglobinas (nors žiaunų nėra).

vėžiagyvių

Dauguma moliuskų kvėpavimui naudoja įvairias žiaunas – kartais išsikišančias į išorę, bet dažniau daugiau ar mažiau pasislėpusias kūno raukšlėse. Tipiškiausia žiaunų vieta yra didžiulėje vandens pripildytoje mantijos ertmėje, kur jos funkcionuoja nerizikuodami būti nukąstos, o dažnai (ypač dvigeldžiams) derina ir maisto gaudymo funkciją. Dažniausiai žiaunose yra ploni žiedlapiai, o tie, savo ruožtu, su blakstiena epiteliu, kuris užtikrina nuolatinį vandens srautą tarp žiedlapių. Deguonies transportavimo visame kūne funkciją atlieka kraujas. Sausumos ir antrinių vandens pilvakojų (Pulmonata poklasis), taip pat kai kuriose gėlavandenėse šukinėse žiaunose (pavyzdžiui, sraigėse) susiformavo oro kvėpavimo sistema - oro užpildyta mantijos ertmė, kuri veikia kaip plaučiai ir atsidaro į išorę. kvėpavimo anga.

Vėžiagyviai

Taip pat apskritai vandens grupė; dėl labai įvairaus dydžio išoriniai kvėpavimo organai taip pat skiriasi nuo gana didelių žiaunų siūlų kojų apačioje (dešimtakojai, dvikojai) iki specialių organų nebuvimo daugumoje mažų (0,5–2 mm) planktoninių Cladocera, Copepoda ir Ostracoda. Kraujotakos sistema dalyvauja paskirstant deguonį organizme, tačiau mažuose atstovuose ji praktiškai nėra išvystyta.

Vabzdžiai

Juose yra oro kvėpavimo sistema – trachėjų (kietų chitininių vamzdelių, užpildytų oru) tinklas, kuris atsidaro į išorę rakinamais spirale. Deguonis cirkuliuoja per trachėją iš dalies jėga (vabzdžiai gali atlikti kvėpavimo judesius, kurie sukelia tam tikrą dujų judėjimą trachėjoje), bet daugiausia dėl tos pačios difuzijos. Ši aplinkybė iš dalies apriboja vabzdžių kūno dydį – jei trachėją padarysite labai ilgą, deguonis nespėja nutekėti į audinius. Kraujotakos sistema vabzdžiai yra netobuli ir neturi kvėpavimo funkcijos. Be to, vandens vabzdžių lervos (turinčios santykinai plonesnius ir pralaidesnius dangalus) efektyviai kvėpuoja visu kūno paviršiumi, o dažnai turi ir žiaunas – kvėpavimo takų ataugas, kur, norėdami gauti deguonies, patenka į trachėjos šakas. Todėl dauguma vandens lervų (nors ir ne visos) atsisakė tikrojo oro kvėpavimo, turi uždarą (be spiralių) trachėjos sistemą ir neišskrenda į vandens paviršių. Žiaunos ant kūno išsidėsčiusios įvairiai: pilvo šonuose (gegužinės muselės lervose, gegužinės muselės, raguolės, daugybės vabalų ir dvisparnių lervų), pilvo gale (lamžirgių homopterinių lervų lervose). ant krūtinės (daugelio akmenukų lervose) ir net specialioje pilvo ertmėje (skirtingų sparnų laumžirgių lervose). Kai kurios musių lervos, vandens blakės ir suaugusieji vandens vabalai palaikyti atvirą trachėjos sistemą ir kvėpuoti oru.

Žuvys

Jie turi gerai išsivysčiusias žiaunas, paslėptas po žiaunų gaubtais ir jomis nuplautas (išskyrus kremzlinės žuvys kurie pasiekia žiaunų paraudimą nuolatiniu judesiu). Kai kurios žuvys taip pat gali nuryti orą iš paviršiaus ir iš dalies užtikrinti dujų mainus su juo, žarnyne arba specialiai tam skirtoje ertmėje (pavyzdžiui, labirintuose ir plaučių žuvyse). Esant stipriam užšalimui vandens telkiniuose, beveik visos žuvys išplaukia į paviršių ir bando kvėpuoti oru.

žinduoliai

Jie turi beveik vien tik plautinį kvėpavimą, kurį išlaiko gyvendami vandenyje (kaip banginių šeimos gyvūnai ir irklakojai). Tai šiek tiek riboja jų užkariavimą jūroje (norint kvėpuoti reikia periodiškai išplaukti į paviršių), tačiau tai apsaugo nuo užšalimo (nors jūrose užšalimai vis dar labai reti).