§56. Дыхание животных в воде и на суше

Определения и обозначения

Дыхание животных — поступление кислорода в организм, его использование клетками и удаление углекислого газа. Клетки используют кислород, чтобы высвобождать энергию из питательных веществ. Эта энергия нужна для движения, роста и работы органов, поэтому газообмен должен поддерживать жизнедеятельность всего организма.

Жабры — органы дыхания водных животных, через тонкие поверхности которых кислород из воды поступает в кровь или другую внутреннюю среду. Большая площадь и малая толщина этих поверхностей помогают газам проходить через них. Жабры нужны животным, которые получают кислород из воды, например рыбам.

Трахеи — разветвлённые трубочки насекомых, по которым воздух поступает непосредственно к тканям. Тонкие ответвления подходят близко к клеткам, поэтому кислород может достигать их без переноса кровью. Такая система дыхания характерна для насекомых, а не для позвоночных.

Лёгкие — органы, в которых происходит газообмен между воздухом и кровью. Кислород переходит в кровь, а углекислый газ из крови попадает в воздух, который животное выдыхает. Лёгкие позволяют многим наземным позвоночным использовать кислород атмосферы.

Как это устроено

Клеткам постоянно нужна энергия, и при использовании питательных веществ они расходуют кислород. В результате этого процесса образуется углекислый газ, который в избытке мешает нормальной работе организма. Поэтому кислород должен непрерывно поступать внутрь, а углекислый газ — выводиться наружу. Органы дыхания обеспечивают такой обмен между организмом и средой.

В воде кислород не исчезает, а находится в растворённом состоянии. Чтобы получить его, водное животное пропускает воду через жабры или обеспечивает её движение над жаберными поверхностями. Эти поверхности тонкие, поэтому растворённый кислород может пройти сквозь них во внутреннюю среду организма. Постоянное обновление воды поддерживает приток кислорода и уносит углекислый газ.

Жабры хорошо работают, пока их тонкие поверхности разделены водой и остаются влажными. На воздухе они могут слипаться, а при высыхании газам становится труднее проходить через них. Кроме того, вне воды жабры не омываются новым потоком, который приносит растворённый кислород. Поэтому рыба, вынутая из воды, не может нормально дышать жабрами, хотя вокруг неё есть атмосферный воздух.

На суше животные получают кислород из воздуха, но доставляют его к тканям разными способами. У насекомых воздух входит в трахеи — систему разветвлённых трубочек, которые проводят его непосредственно к клеткам. У многих позвоночных воздух по дыхательным путям попадает в лёгкие, где кислород переходит в кровь. Кровь переносит его к тканям, а у насекомых основную работу по доставке воздуха выполняют трахеи.

У некоторых животных часть газообмена происходит через кожу, а у земноводных он сочетается с дыханием лёгкими. Например, лягушка может получать кислород как через лёгкие, так и через влажную кожу. Газы проходят через поверхность тела только при наличии влаги, поэтому высыхание кожи уменьшает такой газообмен. Именно поэтому влажность кожи для этих животных имеет значение.

Органы дыхания животных в воде и на суше

Чтобы сравнить животных, сначала найдите их среду обитания, затем посмотрите, какой орган обеспечивает газообмен. Таблица показывает общие особенности групп, а не исключения: у разных представителей одной группы могут быть свои приспособления. Например, земноводные используют и лёгкие, и кожу, а не один универсальный орган.

Разбор задач

Задача 1. У рыбы и ящерицы сравните органы дыхания и укажите, откуда каждый организм получает кислород. Нужно связать способ дыхания с тем, где животное живёт. Рыба обитает в воде, а ящерица — на суше, поэтому их органы дыхания устроены по-разному.

1. Определяем среду обитания рыбы: она живёт в воде. Её жабры получают кислород, растворённый в воде, которая проходит через них. Значит, источником кислорода для рыбы служит водная среда.

2. Определяем среду обитания ящерицы: это наземное позвоночное животное. Воздух поступает по дыхательным путям в лёгкие, где кислород переходит в кровь. Затем кровь разносит его к тканям.

3. Сопоставляем органы и источники кислорода. Рыбе нужны жабры для извлечения растворённого кислорода, а ящерице — лёгкие для газообмена с атмосферным воздухом. Различие связано с условиями, в которых животные получают кислород.

Ответ: рыба дышит жабрами и получает растворённый в воде кислород, а ящерица дышит лёгкими и получает кислород из воздуха. Задача 2. Объясните, почему рыба не может долго оставаться вне воды, хотя вокруг неё есть воздух. Сначала нужно отличить наличие кислорода в воздухе от способности жабр использовать его.

1. Жабры приспособлены к работе в воде: вода омывает их тонкие поверхности и приносит растворённый кислород. Рыба не может просто направить атмосферный воздух через жабры так же, как воду. Значит, одного присутствия воздуха рядом недостаточно.

2. На воздухе тонкие жаберные поверхности могут слипаться и высыхать. Из-за этого уменьшается поверхность, через которую проходят газы, и затрудняется газообмен. К тканям поступает меньше кислорода, чем необходимо.

3. Проверяем объяснение: если бы жабры работали на воздухе так же, как в воде, рыба могла бы нормально получать кислород вне водоёма. Но строение жабр связано с водой, поэтому газообмен нарушается. Это объясняет, почему рыба не может долго оставаться вне воды.

Ответ: жабры рыбы должны омываться водой и извлекают кислород, растворённый в ней. Вне воды их поверхности слипаются или высыхают, поэтому дыхание становится невозможным в достаточной мере. Задача 3. У лягушки сравните газообмен в воде и на суше и объясните, почему ей важно сохранять кожу влажной. Учитываем, что земноводное использует не один способ дыхания.

1. На суше лягушка дышит лёгкими, получая кислород из воздуха. Одновременно газообмен может идти через кожу. Поэтому дыхание лягушки не сводится только к работе лёгких.

2. В воде лягушка также может поглощать кислород через кожу, если она омывается водой и остаётся влажной. Кожный газообмен позволяет получать кислород из окружающей среды через поверхность тела. При этом особенности дыхания могут меняться в зависимости от условий.

3. Объясняем роль влажности: газы проходят через влажную поверхность кожи легче, чем через высохшую. Если кожа пересохнет, газообмен через неё ухудшится. Значит, влажность помогает лягушке использовать кожу как орган дыхания.

Ответ: на суше лягушка дышит лёгкими и кожей, а в воде значительную роль играет газообмен через кожу. Кожа должна оставаться влажной, чтобы через неё могли проходить кислород и углекислый газ.

Типичные ошибки

Ошибка — считать, что рыба использует кислород, входящий в состав молекул воды. Обычно её жабры получают кислород, растворённый в воде; эту путаницу вызывает само выражение «дыхание в воде». Проверьте себя вопросом: какой именно кислород переходит через жабры? Правильный ответ — растворённый газ, а не кислород, связанный в молекуле воды.

Ошибка — называть жабры органом дыхания всех водных животных. У разных групп строение органов и способы газообмена различаются, хотя жабры распространены среди рыб, ракообразных и многих моллюсков. Путаница возникает, когда особенности одной группы переносят на всех обитателей воды. Проверяйте, о каком именно животном идёт речь, и не делайте вывод о целой группе по одному примеру.

Ошибка — считать, что насекомые дышат лёгкими. У них воздух проходит по трахеям и достигает тканей через разветвлённые трубочки. Поскольку лёгкие часто приводят как пример наземного дыхания, их ошибочно приписывают всем животным суши. Чтобы проверить себя, вспомните, есть ли у животного позвоночник и какие органы характерны для насекомых.

Ошибка — думать, что кожа заменяет органы дыхания у всех животных. Кожный газообмен возможен только при подходящем строении и достаточной влажности поверхности. Такую ошибку допускают, потому что кожа есть у каждого животного, но сама по себе она не всегда пропускает достаточно газов. Проверяйте, есть ли у конкретного животного специальные приспособления и сохраняется ли его кожа влажной.

Связь с другими темами

Чтобы понять дыхание, нужно помнить, что животные состоят из клеток и каждой клетке необходим кислород. При его использовании образуется углекислый газ. У многих животных перенос газов связан с кровеносной системой: кровь доставляет кислород от органов дыхания к тканям и уносит углекислый газ. Эта тема также помогает изучать обмен веществ, приспособленность организмов к среде и эволюцию органов.

Что запомнить

• Дыхание обеспечивает поступление кислорода и удаление углекислого газа.
• В воде животные получают растворённый кислород.
• У рыб основными органами дыхания служат жабры.
• У насекомых воздух поступает к тканям по трахеям.
• У многих наземных позвоночных газообмен происходит в лёгких.
• Некоторые животные используют для газообмена влажную кожу.
• Строение органов дыхания связано со средой обитания животного.