Транспорт веществ: от ксилемы и гемолимфы до двух кругов кровообращения
В растении вода и сахара идут по разным тканям; у животных жидкость может двигаться в незамкнутой полости или по сосудам. Сравним эти системы, строение сердца позвоночных и регуляцию его работы, не представляя эволюцию как простую лестницу «от плохого к хорошему».
Федеральная программа · углублённый уровень · 10 класс
Строение и функции организмов
Элементы программы, раскрываемые в этом уроке:
- Ксилема и флоэма растения
- Направления транспорта воды и ассимилятов
- Незамкнутая и замкнутая кровеносные системы
- Гемолимфа и тканевая жидкость
- Сердце, артерии, вены и капилляры
- Кровь и её функции
- Кровообращение рыб
- Два круга у наземных позвоночных
- Разнообразие строения сердца амфибий, рептилий, птиц и млекопитающих
- Сердечный цикл и регуляция
- Ограничения схемы «венозная и артериальная кровь»
Как это устроено
У растения ксилема и флоэма различаются строением и содержимым потока. Вода и ионы обычно перемещаются от корня к листьям по ксилеме, а продукты фотосинтеза — от текущих источников к потребителям по флоэме. Эти пути не являются кровеносными сосудами и не работают как сокращающееся сердце. При смене сезона запасающий орган может превратиться из потребителя веществ во временный источник, поэтому флоэмный поток нельзя описать только словом «вниз».
В незамкнутой системе гемолимфа выходит в полости тела и контактирует с тканями, а в замкнутой кровь идёт по сосудам и обменивается с тканями через капилляры и межклеточную жидкость. Разные животные используют системы в сочетании со строением тела и дыхания. У насекомых O₂ часто доставляется трахеями непосредственно к тканям, поэтому нельзя считать гемолимфу просто «кровью человека без сосудов». У ряда небольших животных перенос на короткие расстояния возможен без специального сердца.
У рыб типичный маршрут включает сердце, жабры и ткани тела в одном последовательном круге. У многих наземных позвоночных есть маршрут через лёгкие и маршрут через тело, но разделение камер и потоков различается: амфибии, большинство нептичьих рептилий, птицы и млекопитающие имеют разные анатомические решения. У крокодилов строение сердца отличается от школьного общего рисунка рептилии. Поэтому полезно сравнивать конкретные группы и не повторять, будто каждое животное на линии эволюции «становилось более совершенным» ровно при добавлении камеры.
У человека сердце имеет камеры и клапаны, а направленный кровоток зависит от разности давлений. Артерия определяется направлением от сердца, вена — направлением к сердцу, а не обязательным цветом крови. Автоматия специализированных сердечных клеток создаёт ритм, но нервные и гормональные влияния меняют частоту и силу сокращений. На схеме можно проследить большой и малый круги, а измерение пульса при безопасной нагрузке показывает изменение частоты, но не даёт прямого измерения объёма выброса или состояния клапанов.
Словарь урока
Каждое понятие — с примером
- Ксилема
Проводящая ткань растения, по которой вода и растворённые минеральные вещества в типичных условиях идут от корня к надземным органам.
Пример: Поток ксилемы снабжает лист водой, но не является тем же самым, что поток крови животного.
- Флоэма
Проводящая ткань растения, транспортирующая продукты фотосинтеза и другие вещества между органами-источниками и потребителями.
Пример: Сахар из зрелого листа может идти к растущему плоду или корню.
- Незамкнутая кровеносная система
Система транспорта животного, в которой циркулирующая жидкость выходит из сосудистого участка в полости и омывает ткани.
Пример: У многих членистоногих сердце перемещает гемолимфу в полости тела.
- Замкнутая кровеносная система
Система, в которой циркулирующая кровь остаётся в сосудах и обменивается веществами с тканями через сосудистые границы.
Пример: У позвоночных кровь проходит через сердце, артерии, капилляры и вены, не заполняя полость тела напрямую.
- Гемолимфа
Циркулирующая жидкость многих животных с незамкнутой системой, непосредственно контактирующая с органами в полостях.
Пример: У насекомого гемолимфа переносит питательные вещества, но трахейная система может доставлять O₂ без её основной транспортной роли.
- Кровь
Жидкая ткань с плазмой и клеточными элементами, участвующая в транспорте, регуляции и защите организма.
Пример: У человека эритроциты переносят O₂, а лейкоциты участвуют в иммунных ответах.
- Сердце
Мышечный насос кровеносной системы, создающий направленный поток жидкости; его число камер и организация различаются у животных.
Пример: У типичной костной рыбы кровь последовательно проходит через сердце и жабры перед тканями тела.
- Артерия
Сосуд, по которому кровь направляется от сердца независимо от её содержания кислорода.
Пример: Лёгочная артерия человека несёт от сердца кровь с меньшим содержанием O₂ к лёгким.
- Вена
Сосуд, по которому кровь возвращается к сердцу независимо от её содержания кислорода.
Пример: Лёгочная вена приносит к сердцу кровь после газообмена в лёгких.
- Капилляр
Мелкий сосуд с тонкой стенкой, через которую в соответствующих тканях происходит обмен веществ с окружающей средой клеток.
Пример: В альвеолярных капиллярах кровь обменивается газами с воздухом лёгких.
- Малый круг кровообращения
Маршрут крови у наземных позвоночных между сердцем и органами воздушного газообмена с возвращением к сердцу.
Пример: У человека кровь идёт от правого желудочка к лёгким и затем к левому предсердию.
- Большой круг кровообращения
Маршрут крови от сердца к тканям тела и обратно, обеспечивающий их снабжение и удаление продуктов обмена.
Пример: У человека кровь выходит из левого желудочка по аорте и возвращается к правому предсердию.
- Сердечный цикл
Повторяющаяся последовательность наполнения и сокращения камер сердца с работой клапанов и изменением давления.
Пример: Клапаны направляют поток; звук сердца связан с механическими событиями цикла, но по одному звуку не определяют все параметры.
- Автоматия сердца
Способность специализированных сердечных клеток самостоятельно создавать ритмические возбуждения при наличии необходимых условий.
Пример: У человека синусовый узел обычно задаёт ритм, который затем изменяется под действием нервных и гормональных сигналов.
Пример по шагам
Сосуд несёт кровь от правого желудочка человека к лёгким. Это артерия или вена, и обязательно ли в ней много O₂?
- Кровь направляется от сердца, значит сосуд называется артерией.
- Перед газообменом в лёгких кислорода в этой крови меньше, чем после него.
- Цвет и содержание O₂ не служат определением артерии или вены.
Вывод: Это лёгочная артерия; название задаёт направление потока, а не степень насыщения O₂.
Практическая работа
Два маршрута крови и два потока растения
- На схеме человека проведите малый и большой круги разными цветами, подписывая направление относительно сердца.
- На схеме растения отдельно проведите поток воды по ксилеме и растворённых продуктов фотосинтеза по флоэме.
- По готовым данным частоты пульса до и после умеренной нагрузки сравните изменения, не выводя из них диагноз.
Что можно заключить: Одинаковое слово «транспорт» объединяет разные системы; конкретный маршрут и механизм нужно описывать отдельно.
Безопасность: Используйте схемы и добровольные обезличенные наблюдения; прекратите нагрузку при дискомфорте и не используйте пульс для медицинской оценки одноклассников.
Попробуйте сами
Запишите своё решение, затем сравните его с разбором. Развёрнутые ответы автоматически не оцениваются.
Открываем задания…
Сверка содержания
Раздел и элементы содержания сверены с федеральной программой. Текст и учебные схемы созданы для Умблика; схема не передаёт реальные размеры.