"Биология", Шаталова СП., Сухова Т.Е.
Животным нужны кислород для получения энергии и удаление продуктов обмена, которые образуются в организме. Органы дыхания помогают получать кислород из воды или воздуха, а выделительная система выводит ненужные вещества и поддерживает постоянство внутренней среды. У разных животных эти системы устроены по-разному: газообмен может идти через поверхность тела, жабры, трахеи или лёгкие, а выделение обеспечивают простые трубочки либо почки. Разнообразие органов отражает приспособление к условиям жизни.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Жаберное дыхание — получение кислорода из воды и выделение в неё углекислого газа с помощью жабр. Вода омывает тонкие жаберные поверхности, и газы проходят через них между водой и кровью животного. Такой способ нужен обитателям водоёмов, где кислород растворён в воде.
Трахейное дыхание — дыхание с помощью системы разветвлённых трубочек, называемых трахеями. Воздух по ним поступает близко к клеткам, поэтому кислород может достигать тканей напрямую. Эта система особенно важна для насекомых, которым не требуется переносить кислород кровью.
Лёгочное дыхание — газообмен между организмом и атмосферным воздухом в лёгких. Воздух попадает в лёгкие, кислород переходит в кровь, а углекислый газ удаляется при выдохе. Лёгкие позволяют позвоночным получать кислород, не извлекая его из воды.
Выделительная система — органы и структуры, которые удаляют из организма продукты обмена и помогают поддерживать постоянство внутренней среды. Вместе с ненужными веществами могут выводиться избыток воды и солей. Благодаря этому состав жидкости внутри тела не меняется слишком сильно.
В воде кислород растворён, а в воздухе он находится в газообразном состоянии, поэтому животным нужны разные способы его получения. Для газообмена поверхность должна быть влажной и достаточно тонкой, чтобы кислород мог проходить через неё. На суше такие поверхности легко высыхают, поэтому наземным животным нужны защищённые органы, которые сообщаются с воздухом. Однако среда — не единственное условие: строение дыхательной системы зависит и от особенностей группы животных.
У водных животных жабры омываются водой, содержащей растворённый кислород. По тонким жаберным поверхностям кислород переходит в кровь, а углекислый газ — из крови в воду. Для этого вода должна постоянно проходить мимо жабр: рыбы, например, прокачивают её движениями рта и жаберных крышек. Если поток воды прекращается, газообмен ухудшается, потому что запасы кислорода у жаберной поверхности быстро используются.
У насекомых воздух входит в дыхальца — небольшие отверстия на поверхности тела. Далее он движется по трахеям, которые многократно ветвятся и подходят к тканям. Такое устройство помогает доставлять кислород прямо к клеткам, потому что короткий путь от трахейных окончаний до тканей заменяет его перенос кровью. Трахейная система хорошо подходит небольшому телу насекомого, но не является общим способом дыхания для всех наземных животных.
У наземных позвоночных дыхательная система приспособлена к получению кислорода из воздуха: дыхательные пути проводят его к лёгким и защищают внутренние поверхности. В ходе эволюции строение лёгких у разных групп усложнялось, а площадь, на которой происходит газообмен, увеличивалась. Большая поверхность позволяет обменивать больше газов за то же время и поддерживать работу организма. У земноводных лёгкие сравнительно простые, а у пресмыкающихся, птиц и млекопитающих особенности лёгких соответствуют их образу жизни и потребностям.
У простых животных продукты обмена могут удаляться через поверхность тела, а у многих беспозвоночных для этого есть специальные трубочки. У позвоночных основную работу выполняют почки: они очищают кровь и участвуют в регулировании содержания воды и солей. Сложность выделительных органов связана с устройством тела и условиями жизни; животным, которым важно экономить воду, особенно полезно регулировать её выведение. Таким образом, выделительная система не просто избавляет организм от отходов, но и помогает сохранять подходящий состав внутренней среды.
В таблице сопоставлены основные способы дыхания и выделения у крупных групп животных. Внутри каждой группы возможны исключения: например, органы дыхания могут различаться у взрослых животных и их личинок. Сравнивайте не только названия органов, но и то, как они связаны со средой обитания.
| Группа животных | Среда обитания | Органы дыхания и особенности | Органы выделения и особенности |
|---|---|---|---|
| Одноклеточные и простейшие многоклеточные | Вода, влажная среда | Газообмен через поверхность тела; специальных органов обычно нет. | Продукты обмена удаляются через поверхность; у многих простейших есть сократительные вакуоли, удаляющие избыток воды. |
| Черви | Вода, влажная почва или тела хозяев | У многих газообмен идёт через влажную поверхность тела; у некоторых водных форм есть жабры. | Выделительные трубочки; их устройство различается у разных групп червей. |
| Моллюски и ракообразные | Моллюски — вода или суша; ракообразные — преимущественно вода | У многих моллюсков и ракообразных есть жабры; у наземных улиток — лёгкое. | У моллюсков — почки, у ракообразных — специальные выделительные железы. |
| Насекомые | Преимущественно суша, некоторые живут в воде | Дыхальца и разветвлённые трахеи доставляют воздух к тканям напрямую. | Мальпигиевы сосуды выводят продукты обмена в кишечник; это помогает экономить воду. |
| Рыбы | Вода | Жабры извлекают кислород из воды и отдают ей углекислый газ. | Почки; удаление продуктов обмена связано также с работой жабр. |
| Земноводные | Вода и суша; развитие часто начинается в воде | Взрослые дышат лёгкими и влажной кожей; личинки многих видов — жабрами. | Почки; у личинок и взрослых животных выделение связано с разными условиями жизни. |
| Пресмыкающиеся, птицы и млекопитающие | Преимущественно суша; птицы и некоторые млекопитающие освоили и другие среды | Лёгкие и дыхательные пути; строение лёгких отличается у разных групп. | Почки удаляют продукты обмена и регулируют содержание воды и солей. |
Задача 1. Сравните способы дыхания рыбы и насекомого и укажите, как кислород поступает к тканям каждого животного.
Ответ. Рыба получает кислород из воды жабрами, после чего он переносится кровью. У насекомого воздух идёт через дыхальца и трахеи прямо к тканям, поэтому кровь не переносит кислород.
Задача 2. Установите, какие органы дыхания характерны для рыбы, лягушки и ящерицы, и расположите эти примеры в последовательности усложнения дыхательной системы.
Ответ. Рыба — жабры, лягушка — лёгкие и кожа, ящерица — лёгкие. В качестве последовательности усложнения при освоении суши можно привести: рыба, лягушка, ящерица; это сравнение показывает изменения органов, но не означает, что все животные прошли один и тот же путь.
Задача 3. У двух животных обнаружены разные органы выделения: у одного — простые выделительные трубочки, у другого — почки. Определите, какие особенности строения и образа жизни могли привести к такому различию.
Ответ. Животное с простыми трубочками может быть беспозвоночным, а животное с почками — позвоночным. Почки обеспечивают более сложную обработку внутренней жидкости, а особенности выделения у обоих животных связаны с их строением и условиями жизни.
Ошибка — представлять эволюцию дыхания как простую замену одного органа другим у всех животных. Так думают, если воспринимают изменения как одну прямую последовательность, но группы животных приспосабливались к разным условиям. Проверка: спросите себя, где живёт животное и откуда оно получает кислород; у насекомых, например, трахеи, а не лёгкие. Поэтому разнообразные способы дыхания существуют одновременно.
Ошибка — путать жабры с лёгкими и считать их одинаковыми органами. И те и другие участвуют в газообмене, поэтому их функции легко смешать, но жабры работают с водой, а лёгкие — с атмосферным воздухом. Проверка: выясните, какая среда омывает поверхность органа и откуда в неё поступает кислород. Жабры извлекают кислород из воды, лёгкие обеспечивают газообмен с воздухом.
Ошибка — утверждать, что у насекомых кислород переносится кровью. Такое представление возникает из-за того, что у многих позвоночных кровь доставляет кислород от органов дыхания к тканям. У насекомых воздух движется по трахеям и поступает к тканям напрямую. Проверка: проследите путь кислорода от дыхальца — если в ответе он обязательно проходит через кровь, описание неверно.
Ошибка — сводить работу выделительной системы только к удалению воды. Вода действительно может выводиться, поэтому её легко принять за единственную «лишнюю» составляющую. Но система также удаляет продукты обмена и помогает регулировать количество воды и солей в организме. Проверка: объясните, как органы выделения влияют на состав внутренней среды, а не только перечислите, что покидает тело.
Чтобы сравнивать системы дыхания, нужно знать основные среды обитания животных и представлять, как устроено их тело. Связь дыхания с условиями жизни помогает объяснить, почему жабры, трахеи и лёгкие не взаимозаменяемы для всех групп. Понимание обмена веществ объясняет, откуда берутся продукты, которые необходимо выводить. Знания о почках пригодятся при изучении выделения у позвоночных и работы органов человека.
Почему у рыб жабры, а у наземных позвоночных лёгкие?
Жабры извлекают кислород из воды, омывающей их тонкие поверхности. Наземные позвоночные дышат атмосферным воздухом, поэтому газообмен происходит в лёгких, куда воздух поступает по дыхательным путям.
Как насекомые получают кислород, если он не переносится кровью?
Воздух входит через отверстия на теле — дыхальца — и движется по разветвлённым трахеям. Их тонкие окончания подходят близко к клеткам, поэтому кислород поступает к тканям непосредственно.
Есть ли у земноводных только лёгочное дыхание?
Нет. Взрослые земноводные дышат лёгкими и влажной кожей, а у многих видов в газообмене участвует также слизистая оболочка ротовой полости. Личинки, например головастики лягушки, обычно дышат жабрами.
Почему органы выделения важны для поддержания постоянства внутренней среды?
Они удаляют продукты обмена, избыток воды и некоторые соли, из-за которых состав внутренней среды мог бы измениться. Почки позвоночных помогают регулировать, сколько воды и солей остаётся в организме.
Означает ли усложнение органов, что более простые способы дыхания исчезли у всех животных?
Нет. Разные способы дыхания сохраняются у животных, приспособленных к разным условиям. Например, жабры подходят водным животным, а трахеи — насекомым; эволюция не означает, что один способ повсюду вытеснил остальные.
§48. Эволюция системы органов дыхания и выделительной системы
