ДИХАННЯ ТА ГАЗООБМІН У ТВАРИН. ОРГАНИ ДИХАННЯ (ГАЗООБМІНУ), ЇХ РІЗНОМАНІТНІСТЬ ТА ФУНКЦІЇ. ЗНАЧЕННЯ ПРОЦЕСІВ ДИХАННЯ ДЛЯ ВИВІЛЬНЕННЯ ЕНЕРГІЇ В КЛІТИНІ
Дихання — сукупність процесів, що забезпечують надходження до організму кисню, використання його організмом, а також виведення з організму вуглекислого газу та деяких інших сполук, які є кінцевими продуктами обміну речовин. Це одна з основних життєвих функцій організму. У процесі дихання хімічна енергія, що міститься в поживних речовинах, вивільняється та перетворюється на енергію, необхідну для життєдіяльності організму. Процес дихання у більшості організмів забезпечується спеціалізованими органами дихання.
Газообмін — обмін газів між організмом і навколишнім середовищем.
Дихання безхребетних тварин
У кишковопорожнинних, плоских та круглих червів спеціалізовані органи дихання відсутні. Вони дихають всією поверхнею тіла (через покриви).
У процесі еволюції у безхребетних тварин поступово розвинулися структури, що полегшували газообмін: зябра, трахеї, легені.
Зябра мають безхребетні — мешканці водного середовища та деякі представники суходолу (мокриці, пальмові злодії).
Примітивні зябра є у деяких морських багатощетинкових червів.
Наприклад, у піскожила в середній частині тіла на спинному боці є 13 розгалужених пучків зябер.
Зябра багатощетинкових червів — це тонкостінні листоподібні, перисті або кущисті зовнішні вирости тіла. Вони рясно пронизані капілярами, в яких і відбувається газообмін.
Рак річковий
Зябра рака річкового — це тонкостінні перисті вирости шкірних покривів грудних кінцівок і бокових стінок головогрудей. Зябра розміщені в зябровій порожнині. Вони пронизані густою сіткою капілярів та надійно прикриті хітиновим панциром. Циркуляція води у зябровій порожнині забезпечується рухом особливого відростка другої пари нижніх щелеп (200 разів за хвилину). Свіжа вода, що омиває зябра, забирає з крові вуглекислий газ і насичує її киснем.
Трахейне і легеневе дихання характерне для наземних безхребетних. Трахеями дихають комахи, деякі павуки та багатоніжки.
Трахеї — це галузисті трубочки, що заходять всередину тіла. По них повітря проходить безпосередньо до всіх тканин і органів. Стінки трахей спіралеподібно потовщені, тому не сплющуються. Зовнішні отвори трахей називають дихальцями. Дихальця можуть відкриватися і закриватися.
Легені — орган дихання деяких молюсків і павуків. Легеня — це порожнистий мішок, що з’єднується із зовнішнім середовищем та пронизаний густою сіткою капілярів.
Так регулюється надходження в них повітря. Окрім того, дихальця регулюють і втрати води через дихальну систему.
Будова легені виноградного равлика: 1 — верхня стінка легеневого мішка; 2 — нижня стінка легеневого мішка; 3 — положення нижньої стінки при наповненні легені повітрям
Легені безхребетних схожі з легенями хребетних, хоча їх ще не можна назвати справжніми легенями. У безхребетних немає спеціальних механізмів, що регулюють дихальні рухи — вдих і видих. Тобто вони не можуть значно і регулярно поповнювати запаси повітря в легені.
ЗАПАМ’ЯТАЙТЕ!
• У процесі дихання складні речовини за наявності кисню розщеплюються на прості. При цьому вивільняється енергія, яка необхідна для процесів життєдіяльності: руху, росту тощо.
• Кишковопорожнинні, плоскі і круглі черви дихають всією поверхнею тіла.
• Орган дихання черв’яка дощового — шкіра.
• Зябра — орган дихання багатьох водних безхребетних.
• Орган дихання комах — трахеї.
• Орган дихання деяких молюсків і павуків — легені.
ЗАПИТАННЯ ДО ТЕМИ
1. І плоскі черви, і черв’яки дощові дихають через шкіру. Однак шкіру черв’яка дощового можна назвати органом дихання, а шкіру плоских червів — ні. Чому?
2. У чому полягають відмінності органів дихання водних і наземних безхребетних?
3. Якою є основна особливість дихальної системи комах?
§ 20. Що таке дихання організмів
Дихання — один з найважливіших процесів життєдіяльності. У різних тварин різний спосіб дихання — залежно від розмірів тіла й середовища життя. Рослини теж дихають. Дихання забезпечує всі організми енергією, необхідною для функціонування всього живого.
1. ЧОМУ ВСІ ЖИВІ ІСТОТИ ДИХАЮТЬ
Завдяки живленню до організмів надходять (або в організмі утворюються) складні поживні речовини, які є джерелом енергії. Обов’язковою умовою всіх життєвих процесів є здатність засвоювати й перетворювати цю енергію.
Для вивільнення енергії під час дихання більшості організмів необхідний кисень (О2).
• Пригадай, що таке окиснення. Які приклади процесів окиснення у природі ти знаєш?
Таблиця 8. Основні етапи дихання
Транспорт кисню (О2) до клітин
Клітинне дихання (окиснення)
Транспорт вуглекислого газу (СО2) від клітин
Видалення кінцевих продуктів дихання
Організми отримують кисень з атмосфери або з води саме завдяки диханню. У їхньому тілі кисень транспортується до клітин, усередині яких і бере участь у перетвореннях речовин та енергії. З поживних речовин живі істоти отримують енергію та перетворюють її у хімічну, електричну, механічну, теплову. Кінцевим результатом цих змін є утворення вуглекислого газу, що видаляється у зовнішнє середовище (Таблиця 8).
Дихання — це сукупність процесів, що забезпечують надходження до організму кисню, окиснення поживних речовин й вивільнення енергії у клітинах та видалення вуглекислого газу з організму.
• Кисень в атмосфері Землі має біогенне походження, тобто постійно надходить унаслідок діяльності живих організмів. Назви основні групи живих істот та біологічне явище, завдяки яким утворюється атмосферний кисень.
2. ЯК ДИХАЮТЬ РОСЛИНИ
Для дихання водні рослини отримують кисень, розчинений у воді, а наземні — з атмосфери в газуватому стані. Спеціальних органів дихання у рослин немає. Водорості отримують кисень усім своїм тілом, а мешканці суходолу вбирають цю «життєдайну» речовину і через листок, і через корінь, і через стебло. Найбільше кисню потрапляє до рослини через листки.
Мал. 107. Продихи рослини під мікроскопом
Мал. 108. Відбитки продихів
Мал. 109. Будова продихів
У наземних рослин листок — це водночас орган газообміну й орган фотосинтезу. У більшості наземних рослин на нижньому боці листка є величезна кількість особливих утворів — продихів (мал. 107). А ось у листків плаваючих водяних рослин продихи розташовані на верхньому боці листка. Кожен із них утворений двома замикаючими клітинами (мал. 109.1), які за формою схожі на квасолинки. Залежно від потреб рослини продихи збільшують чи зменшують продихову щілину (мал. 109.2.), регулюючи таким чином газообмін із середовищем. Для дихання через продихи рослина отримує кисень, для фотосинтезу — вуглекислий газ. Через продихи в листку рослина випаровує воду.
Виконай завдання за інструкцією у статті.
Дихання рослин
Наукові суперечки
Накресли квадрат зі стороною 1 мм. На такій площі поверхні листка в різних рослин є 100-300 продихів. Знайди листок, який тобі до вподоби. Придумай спосіб, як оцінити, скільки продихів є на поверхні твого листка.
3. ЯК ДИХАННЯ РОСЛИН ПОВ’ЯЗАНЕ З ФОТОСИНТЕЗОМ
Дихання та фотосинтез забезпечують клітини необхідними для росту речовинами та енергією (табл. 9 і мал. 110).
На сонячному світлі або при штучному освітлені
Цілодобово, впродовж життя
У зелених клітинах, які містять хлорофіл
У всіх живих клітинах рослини
Фотосинтез відбувається лише на світлі, а дихання — упродовж усієї доби. Фотосинтез здійснюють лише зелені частини рослини, а дихають усі її частини. Уночі, коли фотосинтез неможливий, або взимку, коли рослини скинули листя, вони продовжують дихати. Адже дихання — найважливіший процес у живих організмах. У клітинах є енергетичні станції — мітохондрії, саме в них «згоряють» поживні речовини і виділяється енергія, необхідна для росту й розвитку рослин.
• Які речовини утворюються під час фотосинтезу? Під час дихання? Розкажи за схемою, як пов’язані ці процеси.
Мал. 110. Схема фотосинтезу і дихання: 1 — водяна пара; 2 — вуглекислий газ; 3 — кисень; 4 — розчин органічних речовин; 5 — вода з розчиненими мінеральними речовинами; 6 — світло
Фотосинтез і дихання — це два протилежні процеси. Під час клітинного дихання клітини утворюють вуглекислий газ і воду, які потім виділяються в повітря. Удень рослини використовують вивільнений вуглекислий газ і воду для вироблення поживних речовин (цукрів та крохмалю) під час фотосинтезу. І все починається спочатку.
Отже, процеси фотосинтезу й дихання об’єднує газообмін. Під час дихання у процесі газообміну рослина поглинає кисень і виділяє вуглекислий газ, а під час фотосинтезу — поглинає вуглекислий газ і виділяє кисень.
Хімічне рівняння клітинного дихання науковці записують так:
Розкажи, звідки рослина бере речовини для дихання та що відбувається з продуктами реакції.
Уночі у процесі дихання рослини виділяють вуглекислий газ. Саме із цим пов’язане існування хибних уявлень про рослин-вампірів, які начебто надмірно споживають кисень і виділяють вуглекислий газ. Та чи доводилося вам ночувати у лісі в наметі? Напевне, дихалося легко й ніхто не відчував нестачі кисню. Насправді люди, дихаючи, виділяють набагато більше вуглекислого газу, ніж рослини. Щоб утворилося стільки вуглекислого газу, скільки його виділяє людина, потрібно майже 10 000 кг рослин! Якщо у вашій спальні їх стільки немає — спіть спокійно.
Поживні речовини в листку
Водяне чудо тропічної Америки
Квіткова рослина Вікторія амазонська росте в басейні найбільшої річки світу. Рослину відкрили в 1837 році й назвали на честь англійської королеви. Листки цього латаття діаметром до 2 м з піднятими, як у тарілки, краями, можуть витримати вантаж масою до 50 кг. Прочитай статтю за QR-кодом і довідайся, де розташовані продихи у цієї рослини й чому.
4. ЯКІ ОСОБЛИВОСТІ ДИХАННЯ ТВАРИН І ЛЮДИНИ
Дихання у тварин умовно поділяють на три етапи: зовнішнє, транспорт газів та внутрішнє дихання. Перший етап — зовнішнє дихання — ще називають газообміном, оскільки відбувається обмін дихальних газів (О2 та СО2) між організмом і зовнішнім середовищем. Газообмін тварин забезпечують спеціальні органи дихання: водного — зябра, а повітряного — трахеї й легені (мал. 111). За органами дихання розрізняють шкірне (у багатьох червів), трахейне (у комах), зяброве (у риб) та легеневе (у птахів і ссавців) дихання.
Мал. 111. Органи дихання: зябра (1); трахеї (2); легені (3)
Мама готує на обід рибу? Допоможи її препарувати й розглянь будову зябер. Легені функціонують лише в повітрі, а зябра — лише у воді. Не можна виймати з води тварин, які дихають зябрами. У повітрі зяброві пелюстки злипаються, і риба гине без доступу кисню.
Органи дихання риб (відео)
Дощові черв’яки і п’явки дихають усією поверхнею тіла. У жаб теж велику роль у газообміні відіграє шкіра, бо їхні легені мають невелику площу поверхні. Шкіра людини також бере участь у диханні (мал. 112).
Дихання людини відбувається за допомогою дихальної системи, яку утворюють повітроносні шляхи (носова порожнина, гортань, трахея, бронхи) та органи газообміну — парні легені у грудній порожнині тіла.
Мал. 112. Дихання — одна з багатьох функцій шкіри: дощові черв’яки дихають усією поверхнею тіла (1); райка дихає і легенями, і шкірою (2); одна з функцій шкіри людини — дихальна (3)
Другий етап — транспорт газів в організмі. У більшості тварин транспортною рідиною є кров, що містить гемоглобін. Ця сполука приєднує кисень, транспортує його від легень до клітин, а вуглекислий газ — від клітин до легень.
Внутрішнє дихання (третій етап) відбувається вже у клітинах. Тут поживні речовини розщеплюються, у процесі чого вивільняється енергія. Клітинне дихання (окиснення) — це теж «горіння». Їжа, яку ми споживаємо, це «паливо», яке «згорає» в організмі внаслідок взаємодії з киснем повітря. Водночас «горіння» в організмі відрізняється від цього процесу поза організмом: 1) воно відбувається без істотного підвищення температури; 2) немає полум’я; 3) воно здійснюється у водному середовищі. Отже, дихаючи, ми «спалюємо» поживні речовини за участю кисню та отримуємо енергію.
КОРОТКО ПРО ГОЛОВНЕ
• Кисень необхідний для життя всім організмам. Вони дихають, щоб отримувати енергію, необхідну для життя.
• У процесі дихання окиснюються поживні речовини, у клітинах вивільняється енергія.
• У рослин немає спеціалізованих органів дихання. У листку є продихи, крізь які під час дихання надходить кисень та видаляється вуглекислий газ.
• Тварини мають спеціалізовані органи дихання, які тісно пов’язані з органами кровообігу. Деякі тварини дихають усією поверхнею тіла, більшість водних тварин дихає зябрами, а тварини суходолу — легенями.
ЗАПИТАННЯ • ЗАВДАННЯ • ДОСЛІДЖЕННЯ
1. Яке значення дихання для живих істот?
2. Як дихають водорості у воді?
3. Фраза Антуана Лорана Лавуазьє «Життя — це горіння» є точною характеристикою процесу дихання, від якого залежить життя організму. Доведи це.
4. Процес фотосинтезу здійснюється лише вдень з використанням енергії Сонця. Звідки рослини отримують енергію вночі, коли фотосинтез неможливий?
5. Проєкт «Друге дихання». Щороку у світі 7 мільйонів людей передчасно помирають від хвороб, спричинених забрудненням повітря. Дізнайся, що ти можеш зробити, щоби сприяти покращенню якості повітря в Україні.
