ГОЛОВНА
ГОЛОВНА Поиск
 

страницы | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | 19 | 20 | 21 | 22 | 23 | 24 | 25 | 26 | 27 | 28 | 29 | 30 | 31 | 32 | 33 | 34 | 35 | 36 | 37 | 38 | 39 | 40 | 41 | 42 | 43 | 44 | 45 | 46 | 47 | 48 | 49 | 50 | 51 | 52 | 53 | 54 | 55 | 56 | 57 | 58 | 59 | 60 | 61 | 62 | 63 | 64 | 65 | 66 | 67 | 68 | 69 | 70 | 71 | 72 | 73 | 74 |

Дыхание жизни

(виды, органы, механизмы)

«ZOO-FITO» № 4 `1999

Энергия движет миром. Ее расход и получение — принцип жизни всех земных существ, их органов, тканей и клеток. Как известно, энергию высшим организмам дает окисление белков, жиров и углеводов — то есть взаимодействие их с кислородом. Поэтому наличие кислорода и умение его использовать, именуемое дыханием — важнейшее условие жизни земных существ. Кислородная проблема возникла на Земле значительно позже, чем сама жизнь. Первые одно- и многоклеточные существа обходились без специальных приспособлений — кислород проникал в них сам, по законам диффузии. Каждая клетка добывала кислород самостоятельно, так как имела непосредственный контакт с окружающей средой. Так «дышат» и сейчас многие «примитивы» вроде плоских червей планарий, усоногих и веслоногих рачков.
Первыми органами для извлечения кислорода были жабры — специальные выросты тела, торчащие наружу, как у аксолотля, или спрятанные в специальных полостях, как у большинства рыб; устройство их сходно у всех животных. Жабры богато снабжены кровеносными сосудами, благодаря чему кислород легко проникает здесь в кровь и разносится ею по всему организму. В качестве жабр могут использоваться части тела — например, гроздевидный хвост у морских червей приапулид или щупальца у мшанок и погонофор — только у мшанок кислород разносится по телу тканевой жидкостью, а погонофоры уже снабжены для этой цели кровеносной системой. Животным с несовершенным транспортным механизмом приходится иметь жабры в различных участках тела — так, у морских червей полихет каждый сегмент тела имеет свои жабры. Но для жизни на суше живым существам потребовалось принципиально новое приспособление для извлечения кислорода из воздуха — легкие. Легкие — это жабры наоборот. Хотя животные высших классов отлично приспособились к жизни на суше, извлекать кислород непосредственно из воздуха они так и не научились. Для проникновения в кровь кислород предварительно растворяется в жидкости на влажных стенках легких, поэтому они имеют форму мешка. Легких, как и жабр, может быть много. Мокрицы — единственные раки, полностью переселившиеся на сушу — дышат брюшными ножками. В каждой из них есть легочный мешочек с отходящей от него сложной системой трубочек. Ближайшие водные родственники мокриц дышат такими же ножками, но снабженными жабрами. У высших животных обычно два легких, однако некоторые рептилии, длинные и тонкие тела которых «неудобны» для парных органов, обходятся одним.
В процессе эволюции легкие усложнялись, а поверхность их увеличивалась. Легкие млекопитающих уже не похожи на мешки. Трахея — наш «воздухопровод» — делится на бронхи, а самые тонкие веточки этого грандиозного бронхиального дерева покрыты, словно листьями, крохотными пузырьками — альвеолами, в которых кислород из вдыхаемого воздуха и переходит в кровь.
Такие легкие полностью удовлетворяют потребности организма в кислороде — только поглощающим его во время полетов в «особо крупных размерах» птицам понадобились дополнительные усовершенствования. Природа снабдила их замысловатой системой воздушных полостей. У всех животных в момент выдоха из легких просто выбрасывается отработанный воздух, не обогащая кровь кислородом. У птиц иначе: во время вдоха у них одна порция воздуха направляется в особые полости — задние воздушные мешки, а другая — в легкие, и оттуда — в передние воздушные мешки. При выдохе отработанный воздух из передних мешков выбрасывается наружу, а чистый воздух из задних проходит сначала через легкие и лишь затем выбрасывается. Таким образом, у птиц кровь, омывающая альвеолы, обогащается кислородом и при вдохе, и при выдохе.
Насекомые «изобрели» еще один способ «дыхания» — недостаточно развитую кровеносную систему они компенсируют другой, поистине уникальной системой — трахеальной, состоящей из сложноветвящихся трубочек, пронизывающих все органы и ткани, и транспортирующей воздух непосредственно в каждый орган тела. Даже мозг их так изрешечен воздухоносными трубочками, что выражение «ветер в голове» для насекомых обретает буквальный смысл. Ветвясь, трахеи уменьшаются в диаметре, пока не становятся настолько тонкими, что подходят к каждой клетке тела, где распадаются на пучок тончайших трахеол (диаметром менее микрона), входящих в протоплазму клеток. Так что кислород у насекомых доставляется прямо по месту назначения. Амфибии при переходе на сушу также обзавелись легкими — правда, столь примитивными, что до сих пор одними ими обходиться не в состоянии. Поэтому все амфибии, помимо легких, дышат еще и кожей. Находясь под водой — а значит, дыша только кожей — квакши могут прожить несколько часов, жабы — до 8-ми дней, лягушки — 5 месяцев, тритоны — более 7-ми месяцев, а безлегочные саламандры воздухом вообще не дышат — в соответствии с названием, легких у них нет. Правда, кожному дыханию отчасти способствует глотка, слизистая оболочка которой пронизана густой сетью кровеносных сосудов — она поставляет организму около четверти необходимого кислорода. Безлегочные саламандры живут в прохладной воде — у них понижен обмен веществ, благодаря чему они могут довольствоваться небольшим количеством кислорода. Некоторые амфибии усовершенствовали кожное дыхание. В начале нашего века ученые обнаружили в Африке удивительных волосатых лягушек. Под микроскопом обнаружилось, что их «волосы» — это длинные и тонкие кожные сосочки, значительно увеличивающие поверхность кожи. «Волосы» вырастают у самцов на задних лапках и боках в период размножения. В аналогичном положении оказываются весной и наши северные тритоны. Роскошный гребень, вырастающий у самцов в это время — не только украшение и опознавательный знак, отличающий самцов от самок, но и дополнительное устройство для извлечения кислорода. Гребень увеличивает поверхность тела, а следовательно — и количество кислорода, поступающего сквозь кожу. Остроумно организовал свое жизнеобеспечение илистый прыгун. Это больше сухопутное существо, чем рыба, так как в воде задерживаться не любит. По суше он может совершать большие путешествия и отлично лазает по деревьям. Находясь в воде, прыгун, как все порядочные рыбы, дышит жабрами. Вылезая на сушу, этот безногий странник запирает жаберные крышки, чтобы жабры не подсохли, и дышит на берегу всей поверхностью тела — особенно хвостом, кожа которого имеет сильно разветвленную кровеносную сеть. Немного побродив, прыгун усаживается где-нибудь на краю лужи, опустив в нее хвост, и поджидает добычу. Подпрыгнув за пролетающей бабочкой, эта сухопутная рыбка пятится назад, пока хвост ее снова не окажется в воде — с его помощью прыгун сосет воду из лужи. Влага ему необходима, чтобы кожные железы выделяли достаточно слизи для покрытия тела. Если кожа подсыхает — дыхание нарушается.
Двоякодышащие рыбы одними жабрами обойтись не в состоянии. Австралийский рогозуб каждые 40–50 минут вынужден делать вдох. Африканский и американский чешуйчатники 16–20 раз в час вентилируют легкие; в жаркий сезон они строят себе «спальное гнездо» в иле высыхающих водоемов и впадают в спячку, дожидаясь наступления дождей — все это время они дышат воздухом.
Изредка можно видеть, как водяные клопы, жуки-плавунцы и некоторые другие водные насекомые поднимаются на поверхность и делают запасы воздуха — прикрепляют его пузырьки к брюшку с помощью особых несмачиваемых волосков. Дыхательные отверстия этих насекомых расположены в местах прикрепления пузырьков и в своих подводных странствиях они дышат их содержимым. Но это не главное назначение пузырьков — служа запасом воздуха, они одновременно представляют собой своеобразные жабры. Кислород, расходуемый при дыхании, все время пополняется из окружающей воды путем диффузии.
Паук-серебрянка оборудует искусственными жабрами свой подводный дом. Среди водных растений он натягивает паутину в точности, как его наземные сородичи. Окончив работу, паук отправляется на поверхность — выставив наружу кончик брюшка, он забирает пузырек воздуха и, придерживая его лапками, тащит в дом под паутину, где с каждым рейсом накапливается все больше воздуха. Под его давлением паутина выгибается, приобретая вид миниатюрного колокола — в этой воздушной камере паук и живет. Расход вдыхаемого кислорода, как и в предыдущем случае, постоянно компенсируется диффундирующим из воды кислородом, а выдыхаемая пауком углекислота, напротив, уходит в воду. Поэтому воздух в доме всегда остается чистым. А во время подводных путешествий паук-серебрянка использует для дыхания бесчисленные крохотные пузырьки воздуха, что прикрепляются к волоскам, покрывающим его тело.
Некоторые медузы, актинии, черви и моллюски запускают целые фабрики по производству кислорода, нанимая в качестве рабочих одноклеточные зеленые водоросли — они живут в телах своих хозяев и в светлое время суток выделяют кислород.
Многие рыбы имеют плавательный пузырь — тонкостенный баллон, надутый газом, который экономит им массу энергии. С его помощью рыбы легко всплывают к поверхности и без лишних усилий держатся в воде. Ученые предполагают, что плавательный пузырь развился у древних рыб из первичного легкого и главной задачей его была добыча кислорода — эту функцию у некоторых рыб он выполняет и сейчас. У большинства рыб плавательный пузырь лишен отверстий, что исключает возможность впуска / выпуска воздуха обычным способом. Однако объем пузыря должен меняться — ведь рыба плавает на разных глубинах. Для его наполнения у рыб есть газовая железа, состоящая из невообразимых хитросплетений кровеносных сосудов, сеть которых включает 88 тысяч венозных и 116 тысяч артериальных капилляров общей длиной почти в 1 км, хотя вмещает не более одной капли крови! Эта железа выделяет в просветы своих каналов жидкость, которая здесь же, в каналах распадается, выделяя при этом кислород, азот, а иногда и другие газы, но чаще всего, конечно, кислород. Для удаления газа используется другой орган — овал. Он имеет окно, способное открываться и закрываться с помощью специальных мускулов. Когда оно открыто, газ через кровеносные сосуды благодаря диффузии быстро переходит в кровь. Если это кислород — он используется в организме, если азот — выводится через жабры наружу. Таким образом, рыбы используют свой плавательный пузырь как склад кислорода — хотя в целом это не слишком удобно, поэтому чаще кислород запасается в более «компактном», связанном виде.
Первичная его «упаковка» осуществляется в крови — кислород соединяется с гемоглобином. В живом организме сложнее всего снабдить кислородом мышцы: во время их сокращения — в самый напряженный момент — тонкие кровеносные сосуды пережимаются и кровь перестает поступать к ним. Чтобы обеспечить питание мышц кислородом, природа прямо в них создала его склад, снабдив их особым мышечным гемоглобином, с помощью которого в мышцах компрессируется в 10 раз больше кислорода в том же объеме крови.
Особенно много гемоглобина в мышцах ныряющих животных: китов, тюленей, дюгоней, уток, бакланов, пингвинов, которым крайне необходимы запасы кислорода. Кроме того, у некоторых животных есть специальный механизм, доставляющий кислород только к жизненно важным органам — сердцу и мозгу. Благодаря этому дельфины, например, могут находиться под водой 10–15 минут, тюлени — до 45 минут, кашалоты — час-два, а аллигаторы — до 15 часов.
Рассказ о дыхании был бы неполным без упоминания об углекислом газе — продукте сгорания органических веществ. Он вреден для жизни, поэтому все живое спешит избавиться от него, используя для этого те же органы, с помощью которых извлекают кислород: жабры, легкие, трахеи. Только удаление углекислоты сложнее, чем получение кислорода.
Углекислый газ — опасное вещество. Он не имеет ни вкуса, ни запаха и значительно тяжелее кислорода и азота. Поэтому в пещерах, где нет движения воздуха, углекислый газ может образовывать «лужи», «пруды» и даже целые «озера». Неподготовленным людям такие «озера» несут гибель.
Животные не имеют специальных приспособлений для контроля за количеством кислорода в крови или тканях, зато множество «устройств» следит за количеством углекислоты. При превышении его нормы мозг дает команду — и жаберные крышки рыб начинают прогонять сквозь жабры больше воды, а у животных, дышащих легкими, учащается дыхание.
Животные кажутся отлично приспособленными к различным условиям жизни и совершенно независимыми — в действительности же они полностью зависят от растений. Не стоит забывать, что не только все питательные вещества в конечном счете создаются ими, но и возобновлением запасов кислорода органический мир обязан исключительно растениям. Без них весь свободный кислород планеты был бы давно израсходован, а с ним и ЗЕМНЫЕ СРОКИ ЗЕМНЫХ СУЩЕСТВ.
Сергей ВАЛИЦКИЙ

В заголовке использовано фото: Кряква и хохлатая чернеть.

Рекламные ссылки на другие сайты