Дыхание животных: поверхность тела, жабры, трахеи и лёгкие
Разделим вентиляцию, газообмен и клеточное дыхание и сравним разные органы без мифа о «единственном лучшем» способе.
Федеральная программа · углублённый уровень · 8 класс
Животные
Элементы программы, раскрываемые в этом уроке:
- Использование кислорода клетками и диффузия
- Дыхание поверхностью тела у небольших животных
- Жабры и водный газообмен
- Трахеи наземных членистоногих
- Лёгкие и наземный газообмен
- Сравнение дыхания позвоночных животных
Как это устроено
Слово «дыхание» используют для разных этапов: вентиляция обновляет среду у органа, газообмен перемещает O₂ и CO₂ через поверхность, а клеточное дыхание использует доставленные вещества для получения энергии. Если животное активно открывает рот, это показывает вентиляционное движение, но не измеряет скорость клеточного дыхания. Для объяснения снабжения тканевой клетки нужно проследить все звенья пути.
Диффузия через поверхность тела работает при коротких расстояниях и подходящих свойствах покрова. Жабры создают большую тонкую поверхность, омываемую водой; вода содержит намного меньше доступного кислорода на единицу объёма, чем воздух, и её нужно двигать. У многих рыб встречное движение воды и крови помогает поддерживать градиент, но нельзя автоматически приписывать одинаковый механизм каждому водному животному.
Трахейная система насекомых проводит воздух от дыхалец по трубкам близко к тканям; гемолимфа у большинства насекомых не переносит основную долю O₂. Открытие дыхалец влияет и на потерю воды, поэтому наземная жизнь требует баланса. Лёгкие позвоночных тоже не одинаковы: у млекопитающих газообмен идёт в альвеолах, у птиц — в парабронхах, а воздушные мешки участвуют в вентиляции, но не являются главной поверхностью газообмена.
У земноводных кожный и лёгочный пути могут сочетаться, а стадия головастика использует водные дыхательные структуры. У рептилий разнообразная вентиляция лёгких; школьное слово «эволюция» здесь означает изменения ветвей, а не переход современных рыб в современных земноводных или птиц. Сравнение органов связывают со средой, размерами, движением и родством, не оценивая один вариант как абсолютный идеал.
Словарь урока
Каждое понятие — с примером
- Клеточное дыхание
Совокупность клеточных процессов получения доступной энергии из органических веществ; аэробные пути используют кислород как конечный акцептор электронов.
Пример: Мышечные клетки рыбы используют кислород, полученный через жабры, для аэробного обмена.
- Газообмен
Перемещение O₂ и CO₂ между организмом и внешней средой через подходящую поверхность, обычно по разности парциальных давлений газов.
Пример: В жабрах O₂ переходит из воды в кровь через тонкие ткани.
- Вентиляция
Обновление воды или воздуха у дыхательной поверхности движением среды или частей тела.
Пример: Рыба прокачивает воду через жабры, чтобы поддерживать доступ O₂.
- Диффузия газов
Перемещение молекул газа по градиенту их парциального давления через среду или мембрану.
Пример: Кислород проходит через тонкую влажную поверхность жаберной пластинки.
- Дыхательная поверхность
Участок тела или органа, через который происходит газообмен и который обычно сочетает достаточную площадь, тонкий барьер и подходящую влажность.
Пример: Жаберные пластинки увеличивают площадь контакта с водой.
- Кожное дыхание
Газообмен через покровы тела, эффективность которого зависит от площади, толщины, влажности и снабжения внутренней стороны поверхности.
Пример: У земноводных кожа может обеспечивать значительную часть газообмена в определённых условиях.
- Жабры
Дыхательные структуры, приспособленные к газообмену с водой, с большой площадью и тонкими поверхностями, но различающиеся строением между линиями животных.
Пример: Жабры костной рыбы имеют дуги и пластинки; жабры рака устроены иначе.
- Противоток
Встречное движение двух сред вдоль обменной поверхности, позволяющее поддерживать градиент концентрации или парциального давления по большей её длине.
Пример: У многих рыб кровь в жаберных капиллярах движется навстречу потоку воды.
- Трахейная система
Разветвлённая система воздушных трубок многих наземных членистоногих, доставляющая газы близко к тканям.
Пример: У насекомого воздух поступает через дыхальца и распространяется по трахеям.
- Дыхальце
Наружное отверстие трахейной системы членистоногого, регулирующее доступ воздуха и связанное с потерей воды.
Пример: У насекомого дыхальца могут открываться и закрываться при разных условиях.
- Лёгкие
Внутренние дыхательные органы воздушного газообмена, строение которых существенно различается у позвоночных и некоторых других животных.
Пример: Лёгкие млекопитающего имеют альвеолы, а лёгкие птицы — другую организацию с парабронхами.
- Альвеола
Маленький воздушный участок лёгкого млекопитающего с тонкой стенкой и прилегающими капиллярами, где происходит обмен газами.
Пример: O₂ переходит из альвеолярного воздуха в кровь через дыхательный барьер.
Пример по шагам
У бабочки есть сердце, а у рыбы жабры. Почему бабочке нельзя приписать основной перенос O₂ гемолимфой по аналогии с рыбой?
- У рыбы O₂ проходит из воды через жабры в кровь и переносится кровеносной системой.
- У бабочки воздух поступает через дыхальца по трахеям непосредственно к тканям, а гемолимфа выполняет иные важные транспортные роли.
- Общее наличие сердца не доказывает одинаковый путь кислорода у двух групп.
Вывод: Газовый путь проверяют по дыхательной структуре и циркулирующей жидкости конкретного животного.
Практическая работа
Три пути кислорода на учебных схемах
- Возьмите схемы жабры рыбы, трахей насекомого и лёгкого млекопитающего; разными цветами проведите путь воды или воздуха и путь кислорода к ткани.
- Для жабры отметьте направление воды и крови; для трахей — роль дыхалец; для лёгкого — место тонкого дыхательного барьера.
- Составьте таблицу ограничений каждого пути, не называя группу «совершеннее» другой.
Что можно заключить: Одинаковый результат — снабжение клеток O₂ — достигается разными анатомическими решениями.
Безопасность: Используйте схемы и видео; не ограничивайте дыхание живых животных для учебного опыта и не помещайте их в закрытые сосуды.
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.