10. Дыхание

Определения и обозначения

Дыхание — процесс, при котором в клетках органические вещества расщепляются с выделением энергии. Обычно в этом процессе участвует кислород, а образуются углекислый газ и вода. Выделенная энергия нужна клеткам для их работы. Поэтому дыхание важно не только для органов, но и для каждой клетки организма.

Газообмен — поступление кислорода в организм и удаление углекислого газа. При этом кислород должен попасть к клеткам, где он участвует в дыхании. Углекислый газ, образовавшийся в клетках, перемещается к поверхности организма и выводится наружу. Газообмен помогает связать внешнюю среду с процессами внутри тела.

Устьица — небольшие отверстия в покрове листа, через которые происходит газообмен растения. Через них кислород может поступать к клеткам, а углекислый газ — выходить наружу. Это позволяет листу обмениваться газами с окружающей средой. Кроме устьиц, газообмен возможен и через другие участки поверхности растения.

Дыхательная система — органы животных, которые обеспечивают поступление кислорода и удаление углекислого газа. К таким органам у разных животных относятся, например, жабры и лёгкие. Они помогают газам попасть в организм и выйти из него. Затем кислород должен быть доставлен к клеткам, где идёт дыхание.

Как это устроено

Клеткам нужна энергия, чтобы расти, двигаться, обновляться и выполнять другие жизненные процессы. Энергия становится доступной, когда органические вещества, поступившие с пищей или созданные организмом, расщепляются. При таком расщеплении клетка получает энергию не сразу из окружающей среды, а из веществ, которые сама использует. Поэтому дыхание необходимо всему организму: без энергии клетки не смогут нормально работать.

При клеточном дыхании кислород участвует в расщеплении органических веществ. В результате этого процесса выделяется энергия, а среди образующихся продуктов есть углекислый газ и вода. Кислород должен попасть именно к клеткам, поэтому одного его присутствия снаружи недостаточно. Углекислый газ, напротив, нужно вывести из организма, чтобы он не накапливался в тканях.

Дыхание и питание связаны, но это не один и тот же процесс: с пищей организм получает вещества, а при дыхании клетки расщепляют часть этих веществ и высвобождают энергию. Фотосинтез отличается от дыхания направлением изменений. Во время фотосинтеза растения с помощью света создают органические вещества и запасают в них энергию. Дыхание идёт постоянно и позволяет клеткам использовать энергию этих веществ даже тогда, когда фотосинтез не происходит.

Растение получает кислород из окружающей среды через устьица листьев и другие участки своей поверхности. Оттуда газ доходит до клеток, где идёт дыхание, а образовавшийся углекислый газ перемещается обратно наружу. Листу нужен газообмен не только для фотосинтеза: его клетки тоже дышат. Поэтому дыхание растения продолжается и в темноте, когда фотосинтез не идёт.

У животных способы газообмена различаются, потому что их тело и образ жизни устроены по-разному. У некоторых кислород проходит через поверхность тела, а у других поступает через специальные органы, например жабры или лёгкие. После поступления в организм кислород переносится к клеткам; у многих животных в этом помогает кровь. Так организм обеспечивает клетки кислородом и удаляет углекислый газ, который возникает при дыхании.

Газообмен у разных групп организмов

Сравнивая строки, проследи, каким путём кислород попадает к клеткам и через что выходит углекислый газ. У одноклеточного организма путь короткий: газы проходят через поверхность одной клетки. У животных с органами дыхания есть специальные органы, но общий итог одинаков — кислород доставляется к клеткам.

Разбор задач

Почему клеткам организма необходим кислород?

Условие. Нужно объяснить, зачем клеткам нужен кислород. Вопрос касается не движения воздуха при вдохе, а того, что происходит внутри клеток. Чтобы ответить, проследим связь между кислородом, расщеплением веществ и энергией.

1. Клетки используют органические вещества, полученные организмом.
2. Кислород участвует в расщеплении этих веществ при дыхании.
3. В ходе процесса выделяется энергия, необходимая клеткам для работы.

Ответ. Кислород нужен клеткам, потому что участвует в расщеплении органических веществ. При этом выделяется энергия для жизненных процессов.

Как лист получает кислород и удаляет углекислый газ?

Условие. Нужно описать, как лист обменивается газами и связать этот процесс с дыханием клеток. Устьица — отверстия в покрове листа, через которые газы проходят между растением и окружающей средой. Проследим отдельно путь кислорода и углекислого газа.

1. Кислород из окружающей среды проходит через устьица или другие участки поверхности растения.
2. Он достигает клеток листа, где используется при дыхании.
3. При дыхании образуется углекислый газ, который перемещается к поверхности и выходит наружу.

Ответ. Кислород попадает в лист через устьица и доходит до клеток. Углекислый газ, образовавшийся при дыхании клеток, выходит через поверхность растения.

Чем отличается газообмен одноклеточного организма от газообмена животного с органами дыхания?

Условие. Нужно сравнить два способа поступления кислорода и найти их общий результат. У одноклеточного организма всё тело состоит из одной клетки, а у животного есть специальные органы дыхания. Сравним, через какие структуры проходят газы и куда кислород должен попасть.

1. У одноклеточного организма кислород проходит непосредственно через поверхность клетки.
2. У животного кислород сначала поступает через органы дыхания, например лёгкие или жабры.
3. Затем кислород достигает клеток животного, где идёт дыхание; углекислый газ удаляется в обратном направлении.

Ответ. Одноклеточный организм получает кислород прямо через поверхность клетки, а животное — через органы дыхания. В обоих случаях кислород в итоге доставляется к клеткам, а углекислый газ выводится наружу.

Типичные ошибки

Ошибка — считать дыханием только вдох и выдох. Так думают, потому что именно движения воздуха заметны человеку, а клеточные процессы не видны. Но вдох и выдох помогают газообмену, а дыхание происходит внутри клеток. Проверь себя: если речь идёт о расщеплении веществ и выделении энергии, имеется в виду клеточное дыхание.

Ошибка — путать дыхание и фотосинтез, считая, что это один процесс. Их легко смешать, потому что оба связаны с газами и происходят у растений. При дыхании органические вещества расщепляются и энергия выделяется, а при фотосинтезе вещества образуются и энергия запасается. Проверь, что именно происходит с органическими веществами и энергией.

Ошибка — думать, что растения дышат только ночью. Такое мнение возникает потому, что днём на свету заметен фотосинтез. Однако клетки растения нуждаются в энергии постоянно, поэтому дыхание идёт и днём, и ночью. Чтобы проверить себя, вспомни: для дыхания свет не является обязательным условием.

Ошибка — считать, что кислород нужен только органам дыхания. Путаница появляется, когда кислород связывают лишь с лёгкими или жабрами. Эти органы помогают газу поступить в организм, но нужен он клеткам, где участвует в высвобождении энергии. Проверь себя вопросом: куда кислород должен попасть после газообмена?

Связь с другими темами

Чтобы понять дыхание, нужно знать, что клетки используют питательные вещества и выполняют жизненные процессы. Тема связана с фотосинтезом: в одном процессе органические вещества образуются и запасают энергию, а в другом расщепляются и отдают её. Знание о газообмене поможет изучать органы дыхания человека и животных. Оно также пригодится при разборе обмена веществ и способов получения организмом энергии.

Что запомнить

• Дыхание необходимо всем живым организмам.
• В клетках при дыхании расщепляются органические вещества.
• При дыхании выделяется энергия.
• В большинстве случаев для клеточного дыхания нужен кислород.
• Углекислый газ образуется при дыхании и удаляется из организма.
• Растения дышат постоянно, в том числе ночью.