ЯКЕ БІОЛОГІЧНЕ ЗНАЧЕННЯ ПРОЦЕСІВ ГАЗООБМІНУ? Суть газообміну полягає в надходженні із зовнішнього середовища кисню (O2) і виділенні в довкілля певної суміші газів, зокрема вуглекислого (СO2). Оксиген (О) є одним з елементів, які беруть участь у багатьох хімічних реакціях, що відбуваються всередині клітин. Отже, важливою ланкою процесів обміну речовин та енергії є процеси дихання.

Пригадайте, в одноклітинних організмів, що мешкають у водному середовищі, газообмін відбувається через поверхню клітини. У більшості багатоклітинних тварин процес дихання складається з декількох етапів. Кисень через шкірні покриви та/або через органи дихання надходить в організм. Далі поширюється по ньому з порожнинною рідиною та/або з кров’ю. Наступний етап - надходження кисню в клітини. Там він окиснює органічні речовини, унаслідок чого виділяється необхідна організму енергія. Важлива роль у цих процесах належить органелам клітини - мітохондріям. У них утворюються особливі сполуки (скорочено їх позначають АТФ), здатні накопичувати енергію.

У процесах окиснення органічних сполук - білків, жирів і вуглеводів - утворюються різні гази, зокрема СO2. Вони видаляються з клітин до порожнинної рідини та/або в кров, а з ними - до органів дихання та/або покривів. Далі вони виводяться з організму назовні.

Щоб отримати кисень, у тварин розвинулися спеціальні пристосування, які вбирають його з повітря або води.

Мал. 183. Схема газообміну через шкіру (1; знайдіть капілярну сітку) та за допомогою зябер (2)

ЯКІ ОСОБЛИВОСТІ ГАЗООБМІНУ В БЕЗХРЕБЕТНИХ ТВАРИН? У багатьох безхребетних немає спеціалізованих органів дихання. Так, у дощових черв’яків кисень надходить через зволожені покриви у кров, яка транспортує його по тілу (мал. 183, 1). У багатощетинкових кільчастих червів можуть утворюватись тонкостінні вирости покривів - зябра (мал. 183, 2), що забезпечують поглинання кисню з води. За допомогою зябер дихають і молюски - мешканці водойм (двостулкові, головоногі і багато видів черевоногих). Кисень у зябра, так само, як і через покриви, надходить шляхом дифузії. Пригадайте: дифузія - процес проникнення молекул або атомів з ділянки, де їхня концентрація вища, туди, де їхня концентрація нижча. У водних тварин значна кількість кисню потрапляє в організм також через покриви.

У ракоподібних зябра - це тонкостінні вирости тіла або кінцівок. У павукоподібних і комах органи, які забезпечують дихання атмосферним киснем, - це трахеї та легеневі мішки. Трахеї — розгалужені трубочки, які складаються з одношарового епітелію і вистелені кутикулою. Розгалужуючись, трахеї проникають до всіх органів і навіть клітин тварини (мал. 184, 1). Назовні трахеї відкриваються отворами - дихальцями.

Легеневі мішки (мал. 184, 2) - це мішкоподібні вип’ячування зі складчастими стінками, які відкриваються назовні вузенькими щілинами — дихальцями. За походженням це видозмінені черевні кінцівки. Кисень через дихальця потрапляє в порожнину легеневих мішків і далі через вип’ячуваня їхніх стінок - у гемолімфу. Легеневі мішки притаманні деяким представникам павукоподібних (наприклад, багатьом павукам). Цікаво, що більшість видів павуків мають одночасно і трахеї, і легеневі мішки.

Мал. 184. Органи дихання наземних безхребетних тварин: 1 - трахеї комах; 2 - легеневі мішки павукоподібних; 3 - легеня черевоногих молюсків

Мал. 185. Павук-срібkянка в гнізді - повітряному дзвоні

Лише один вид павуків - сріблянка - мешкає у воді (мал. 185). Цей павук трапляється й у прісних водоймах України. Спеціальні залози сріблянки виділяють жироподібну речовину, яка змащує волоски черевця. Тому вони не змочуються водою і між ними накопичується повітря, що надає павуку під водою сріблястого вигляду (звідки й походить назва). На власному тілі сріблянка заносить пухирці атмосферного повітря у своє підводне гніздо дзвоноподібної форми. Це дає змогу павуку тривалий час перебувати під водою. Лише зрідка сріблянка піднімається до поверхні води, аби поповнити запаси повітря. Таким чином, цей павук, що став мешканцем водойм, усе одно дихає атмосферним повітрям.

У наземних і деяких прісноводних черевоногих молюсків органом дихання слугує легеня - видозмінена ділянка мантії, де розгалужуються кровоносні судини (мал. 184, 3).

ЯКІ ОРГАНИ ДИХАННЯ ПРИТАМАННІ ХРЕБЕТНИМ ТВАРИНАМ?

• Органи дихання риб - зябра (мал. 186) - розташовані з обох боків зябрових дуг. Ззовні кожного краю зябрової дуги є два ряди зябрових пелюсток червоного кольору. У них розгалужуються кровоносні судини і відбувається газообмін. Завдяки рухам зябрових кришок вода проходить через ротовий отвір, глотку та зяброві щілини, омиваючи зяброві пелюстки. Коли зяброві кришки повертаються у вихідне положення, вода виходить з-під них назовні. Хрящові риби зябрових кришок не мають: зяброві щілини в них відкриваються назовні самостійними отворами.

З внутрішнього боку зябрової дуги розміщені біляві зяброві тичинки, які слугують своєрідним фільтруючим апаратом. Вони запобігають потраплянню їжі та сторонніх часток з водою на зяброві пелюстки.

• Личинки амфібій також дихають зябрами, але в дорослому віці вони здебільшого дихають атмосферним киснем за допомогою легень - парних комірчастих мішків (мал. 187, 1). Парні ніздрі з клапанами ведуть до ротоглоткової порожнини, звідки повітря потрапляє до легень. Під час вдиху у тварини опускається дно ротоглоткової порожнини, яка заповнюється повітрям, що проходить через ніздрі. Потім це дно піднімається і проштовхує повітря в легені (клапани перешкоджають виходу повітря через ніздрі).

Мал. 186. Схема газообміну в зябрах риби: 1 - зябра; 2 - зяброві пелюстки; 3 - зяброві тичинки; 4 - зяброва дуга

Мал. 187. Органи дихання хордових тварин - мешканців наземного середовища: 1 - амфібій; 2 - рептилій; 3 - птахів; 4 - ссавців (а - легені; б - бронхи; в - трахея; г - повітряні мішки; д - альвеоли)

Тривале перебування амфібій під водою забезпечує ще й шкірне дихання. Суха шкіра не здатна пропускати гази (як і в дощових черв’яків), тому вона постійно зволожується слизом.

• Порівняно з амфібіями легені рептилій мають складнішу будову: у них є система перетинок, які збільшують поверхню газообміну (мал. 187, 2). Крім того, дихальні шляхи складаються з послідовно з’єднаних гортані, трахеї та бронхів (в амфібій вони відсутні). Трахея розгалужується на два бронхи, що заходять до легень. У рептилій складніший і механізм дихання. Повітря надходить до легень і виходить з них завдяки скороченню міжреберних м’язів, які рухають ребра. Унаслідок цього змінюється об’єм порожнини тіла. Коли об’єм порожнини тіла збільшується - відбувається вдих, коли зменшується - видих.

• Особливості будови дихальної системи птахів, насамперед, спрямовані на ефективне забезпечення їх енергією під час польоту та зменшення ваги. Дихальні шляхи починаються ніздрями, які відкриваються в носову порожнину. Звідти повітря потрапляє до верхньої гортані, що переходить у трахею, де в місці поділу на два бронхи розташовані голосові зв’язки (на відміну від інших тварин).

Легені птахів мають губчасту будову, що збільшує їхню поверхню для газообміну (мал. 187, 3). Бронхи, які входять у легені, розгалужуються. Їхні головні відгалуження розширюються і поза легенями відкриваються в тонкостінні повітряні мішки (див. мал. 187, 3г), розташовані між внутрішніми органами птаха. Завдяки повітряним мішкам птахам притаманне подвійне дихання. Під час вдиху повітря проходить через легені, де кисень надходить у кров. Частина багатого на кисень повітря, минаючи легені, відразу спрямовується до задніх повітряних мішків. Під час видиху це повітря проходить через легені, де кисень знову потрапляє у кров. Отже, у птахів кисень надходить у кров як під час вдиху, так і під час видиху. Повітря, що надходить до повітряних мішків під час польоту, певним чином захищає тіло птаха від перегрівання та полегшує його вагу.

• Дихальні шляхи ссавців (мал. 187, 4) починаються носовою порожниною, куди ведуть парні ніздрі, і включають носоглотку, гортань (де розташовані голосові зв’язки), трахею та парні бронхи. Бронхи заходять у губчасті легені і розгалужуються на дрібні бронхіоли. Бронхіоли закінчуються дрібними міхурцями - альвеолами (див. мал. 187, 4д), стінки яких обплутані капілярами. Завдяки великій кількості альвеол значно збільшується поверхня легенів, через яку відбувається газообмін.

Дихальні рухи у ссавців здійснюються завдяки скороченню та розслабленню міжреберних м’язів, діафрагми та м’язів стінки черевної порожнини. Діафрагма - це м’яз, що поділяє порожнину тіла на грудну та черевну.

Отже, для тварин характерні два типи органів дихання: одні з них, притаманні більшості мешканців водойм, дають змогу вбирати кисень з води. Це зябра. Органи мешканців повітряно-наземного чи ґрунтового середовища (трахеї, легеневі мішки, легені) забезпечують вбирання кисню з атмосферного повітря. Слід зазначити, що вміст кисню у воді значно нижчий, ніж в атмосферному повітрі. Тому мешканцям водойм доводиться здійснювати більш інтенсивну вентиляцію органів дихання, ніж наземним видам.

Біологічний словничок: газообмін, легеневі мішки, повітряні мішки, подвійне дихання, зябра, трахеї, легені.

УЗАГАЛЬНЕННЯ ЗНАНЬ

Дихання - важливий фізіологічний процес, завдяки якому організм тварин забезпечується необхідною енергією. Під час дихання відбувається газообмін: організми вбирають кисень і виділяють назовні вуглекислий газ.

Мешканці водойм вбирають кисень з води. Газообмін у них може здійснюватися через покриви (плоскі черви, нематоди, багато кільчастих червів, дрібні членистоногі) або за допомогою зябер (багатощетинкові черви, ракоподібні, молюски, риби).

Мешканці наземного середовища вбирають кисень з атмосферного повітря за допомогою таких спеціалізованих органів дихання, як трахеї (комахи, багато представників павукоподібних), легеневі мішки (більшість павуків), легені (наземні черевоногі молюски, земноводні, плазуни, птахи, ссавці).

ПЕРЕВІРТЕ ЗДОБУТІ ЗНАННЯ

1. Яке біологічне значення процесу дихання? 2. У яких тварин газообмін відбувається лише через покриви? 3. Які органи дихання характерні для мешканців водойм? 4. Які органи дихання трапляються у тварин - мешканців наземного середовища? 5. Яке значення має процес подвійного дихання у птахів?

ОБГОВОРІТЬ У ГРУПАХ

Які спостерігають ускладнення дихальної системи в безхребетних (І група) та хребетних (II група) тварин.

ДЛЯ ДОПИТЛИВИХ І КМІТЛИВИХ

Чим можна пояснити, що в деяких черевоногих молюсків - мешканців водойм - орган дихання легеня?

ТВОРЧЕ ЗАВДАННЯ

Охарактеризуйте особливості будови дихальної системи різних груп тварин (членистоногі, молюски, риби, амфібії, рептилії, птахи, ссавці) за такими ознаками: середовище життя, особливості будови дихальної системи. Відповідь оформіть у вигляді таблиці.