Текст книги "Биология. Животные. 7 класс"

1. Что такое газообмен?

2. У каких животных впервые появляются органы дыхания?

Всем животным организмам необходим кислород, без которого не смогут осуществляться процессы жизнедеятельности. Кислород поступает в клетки организма различными путями: через поверхность тела, жабры, легочные мешки, легкие.

Поступление кислорода в клетки тела осуществляется благодаря проницаемости клеточных мембран и диффузии – процессу выравнивания концентраций кислорода внутри организма и в окружающей его среде. С увеличением размеров животных возникает потребность в транспорте кислорода к клеткам, расположенным внутри организма, и в процессе эволюции развиваются органы, позволяющие этот транспорт осуществить.

Газообмен у животных разных систематических групп. Одноклеточные простейшие животные дышат всей поверхностью тела. Кишечнополостные, свободноживущие плоские и круглые черви специальных органов дыхания не имеют. Они, подобно простейшим, также дышат всей поверхностью тела.

Специальные органы дыхания – перистые жабры появляются у морских кольчатых червей и у водных членистоногих. Перистые жабры образуются из выростов кожи по обеим сторонам тела. В дыхании участвует кровь, которая обильно притекает к жабрам, омывает их, освобождается от углекислого газа и насыщается кислородом, который затем переносит по всему организму. Пластинчатые, перистые жабры моллюсков, расположенные в мантийной полости, также служат органами дыхания (рис. 16).

Органами дыхания членистоногих являются трахеи, жабры, листовидные легкие, расположенные в углублениях покрова тела (рис. 157).

Рис. 156. Схема расположения жабр у многощетинковых червей и двустворчатых моллюсков

Рис. 157. Органы дыхания членистоногих и рыб: А – рака; Б – паука; В – рыбы

Система органов дыхания ланцетника представлена жаберными щелями, пронизывающими стенку переднего отдела кишечника – глотку. У ланцетника жаберные щели скрыты под кожей и открываются в особую околожаберную полость с частой сменой воды. У рыб под жаберными крышками располагаются жабры, состоящие из жаберных дуг с жаберными лепестками, обильно пронизанными мельчайшими кровеносными сосудами (рис. 157). Вода, заглатываемая рыбой, попадает в ротовую полость, проходит через жаберные лепестки наружу, омывает их и снабжает кровь кислородом.

Рис. 158. Дыхательная система птиц: 1 – трахея; 2 – легкие; 3 – воздушные мешки

У наземных позвоночных органами дыхания являются легкие. Они представляют собой тонкостенные полые мешки, стенки которых оплетены густой сетью кровеносных сосудов – капилляров. Земноводные дышат с помощью простых легких и слизистой кожи. Пресмыкающиеся дышат более сложными легкими. В легких появляются многочисленные выросты и легочные перегородки, что значительно увеличивает их внутреннюю поверхность (рис. 159).

У птиц в связи с приспособленностью к полету газообмен протекает наиболее сложно. Легкие птиц представляют собой плотные губчатые тела. Входя в них, бронхи ветвятся, часть ответвлений доходит до множества мелких полостей, стенки которых пронизаны мельчайшими капиллярами кровеносной системы. Другая часть бронхов проходит через легкие и за их пределами образует большие тонкостенные воздушные мешки. Они располагаются между внутренними органами, проникают в полые кости, между мышцами под кожу (рис. 158).

В покое дыхание птиц обеспечивается движениями грудной клетки. Опускаясь, грудина увеличивает ее объем и растягивает воздушные мешки. Воздух, идущий в них, проходит через легкие – происходит вдох, затем при поднятии грудины осуществляется выдох. Частота дыхания в спокойном состоянии у птиц зависит от величины птицы. У мелких птиц дыхание более частое, чем у крупных. В полете движения грудной клетки исключаются и дыхание осуществляется за счет движения крыльев. Взмах растягивает воздушные мешки, и воздух засасывается в них через легкие. Опускание крыльев вызывает выдох. При вдохе часть воздуха, поступающего в мешки, так быстро проходит через легкие, что количество кислорода в нем уменьшается незначительно. При выдохе этот богатый кислородом воздух, проходя из воздушных мешков через легкие, вторично отдает кислород – такое явление получило название двойное дыхание. При полете интенсивность дыхания возрастает в 15 и более раз. Процесс двойного дыхания не только обеспечивает организм птицы необходимым количеством кислорода, но и предохраняет его от перегрева.

Млекопитающие также обладают совершенной системой органов дыхания. Она состоит из трахеи, бронхов и легких. По трахеи и бронхам воздух проходит в легкие, где осуществляется газообмен. Легкие губчатые. В легких бронхи ветвятся. По ним воздух попадает в легочные пузырьки – альвеолы, которые оплетены густой сетью мельчайших капилляров. Вентиляцию легких обеспечивает появившаяся диафрагма, отделяющая брюшную полость от грудной, а также сокращение и расслабление межреберных мышц. Вдох сопровождается увеличением объема грудной клетки, выдох приводит к ее уменьшению.

Таким образом, эволюция органов дыхания у позвоночных шла по пути увеличения площади легочных перегородок, участвующих в газообмене, совершенствования транспортных систем доставки кислорода к клеткам, расположенным внутри организма, и развития систем, обеспечивающих вентиляцию органов дыхания (рис. 159).

Рис. 159. Эволюция органов дыхания у позвоночных животных

Лабораторная работа № 11

Изучение способов дыхания животных

Оборудование:

аквариумы, террариумы, клетки с животными: рыбами, земноводными, рептилиями, птицами, млекопитающими.

Ход работы

1. Проведите наблюдения за животными, находящимися перед вами. Отметьте, с какой частотой открываются у рыб жаберные крышки; как взаимосвязаны движения жаберных крышек и ротового отверстия; есть ли видимые дыхательные движения у земноводных (жабы, аксолотли, лягушки), рептилий (черепахи, ящерицы), птиц и млекопитающих.

2. Заставьте животных 2–3 минуты интенсивно двигаться. Повторите наблюдения.

Отметьте, изменились ли интервал и частота движений, связанных с дыханием; изменился ли характер дыхательных движений.

Диффузия. Газообмен. Жабры. Трахеи. Бронхи. Легкие. Альвеолы. Диафрагма. Легочные перегородки.

1. Какие изменения в систему органов дыхания принес выход животных на сушу?

2. Почему легочное дыхание на суше перспективнее жаберного?

3. В связи с чем возникла необходимость транспорта кислорода к клеткам тела, расположенным внутри организма?

Знаете ли вы, что:

Несмотря на интенсивное развитие легочного дыхания у наземных позвоночных, они не утратили способности к газообмену с помощью кожи. Лишь черепахи и броненосцы лишены этой возможности.

Общая площадь легочных перегородок (мембран) у человекообразной обезьяны в 40–50 раз больше всей поверхности кожи. Условия дыхания в воде и воздухе сильно различаются. В 1 л воды кислорода в 20 раз меньше, чем в таком же объеме воздуха.

1. Что значит питаться?

2. Какие способы питания существуют у животных?

3. Что такое обмен веществ?

Питание и пищеварение. Все животные являются потребителями готовых органических веществ. Органические вещества служат источником энергии для отправления всех жизненных функций, а также источником строительного материала для роста и развития.

Органические вещества животные получают, питаясь отмершими организмами или только растениями, или только животными, или и растительными, и животными организмами, и их останками. В соответствии с характером потребляемой пищи животных часто подразделяют на различные категории, например: травоядные, хищные (плотоядные), всеядные, паразиты, однако деление это условное.

При любом типе питания пища должна пройти соответствующую обработку, прежде чем будет усвоена. Это может быть химическое воздействие с помощью особых веществ (ферментов, кислот, пищеварительных соков) без предварительного механического измельчения, как у простейших, губок, кишечнополостных и других животных, заглатывающих добычу целиком.

Помогает лучшему усвоению предварительное механическое измельчение пищи, а затем (или во время измельчения) химическое воздействие на нее. Процессы измельчения, расщепления и всасывания составляют пищеварение.

Существует множество способов пищеварения: от наружного, когда пищеварительные соки вводят в тело жертвы (пауки) или она обволакивается выворачивающимся через ротовое отверстие желудком (морские звезды), до внутреннего – в специальных отделах пищеварительной системы.

Как проходило эволюционное развитие органов пищеварения, можно понять, рассмотрев строение пищеварительных органов и систем у разных систематических групп животных.

Одноклеточные животные обладают внутриклеточным пищеварением. Пища в их организме переваривается пищеварительными вакуолями, в которые поступают особые вещества – пищеварительные ферменты.

Кишечнополостные (рис. 15) – многоклеточные животные с внутренней полостью, в которой вначале происходит внеклеточное переваривание, заканчивающееся в клетках внутреннего слоя стенок тела.

Пищеварительная система круглых червей имеет вид трубки, подразделенной на переднюю, среднюю и заднюю кишки с анальным отверстием на конце тела (рис. 23).

У кольчатых червей пищеварительная трубка также имеет три отдела. В переднем ее отделе различают глотку, пищевод, зоб, желудок (рис. 25).

Членистоногие и моллюски обладают более сложной пищеварительной системой. Например, у раков и крабов ротовое отверстие окружают специальные ротовые органы, способствующие измельчению пищи. У членистоногих появляется пищеварительная железа – печень, способствующая перевариванию пищи (рис. 160).

У хордовых пищеварительная система удлиняется, в связи с чем увеличивается поверхность всасывания, усложняется строение пищеварительных желез, принимающих участие в пищеварении.

Пищеварительная система позвоночных животных начинается ротовым отверстием. Ротовая полость имеет челюсти с различными приспособлениями для удержания и умерщвления добычи у хищных животных, для отщипывания корма – у травоядных, перетирания или измельчения – у всеядных, склевывания – у зерноядных и насекомоядных птиц, разрывания – у хищных птиц, отцеживания – у водоплавающих птиц и некоторых китообразных.

Рис. 160. Пищеварительная система рака речного: 1 – ротовое отверстие; 2 – пищевод; 3 – желудок; 4 – средняя кишка; 5 – печень; 6 – задняя кишка; 7 – анальное отверстие

За ротовым отверстием следуют глотка, пищевод, желудок, тонкая и толстая кишки с анальным отверстием, открывающимся либо наружу, либо в специальное образование – клоаку (расширенную часть задней кишки), как у круглоротых, некоторых рыб, земноводных, пресмыкающихся, птиц и яйцекладущих млекопитающих.

У рыб имеются однотипные зубы либо костные пластинки, служащие для удержания добычи. У земноводных на подвижных челюстях расположены очень маленькие зубы, есть язык. В связи с наземным образом жизни у земноводных развиваются слюнные железы, смачивающие добычу слюной.

Некоторые пресмыкающиеся помимо мелких зубов имеют ядовитые зубы. Ядовитые зубы змей сообщаются с ядовитыми железами, развившимися из слюнных желез. В кишечнике, на границе тонкого и толстого отделов, возникают зачатки слепой кишки.

В пищеварительной системе птиц наблюдаются изменения, связанные с полетом. Исчезают зубы. Появляется роговой клюв, в пищеводе обособляется зоб, желудок подразделен на два отдела – железистый, в котором осуществляется химическая переработка пищи, и мускулистый, в нем происходит механическое измельчение. Длина тонкого отдела кишечника увеличивается, толстого – укорачивается (рис. 161).

Рис. 161. Схема строения органов пищеварения птицы. 1 – клюв; 2 – ротовое отверстие; 3 – глотка; 4 – пищевод; 5 – зоб; 6 – железистый желудок; 7 – мускулистый желудок; 8 – тонкая кишка; 9 – печень; 10 – толстая кишка; 11 – анальное отверстие

Млекопитающие обладают наиболее сложной пищеварительной системой. В зависимости от функций захватывания, удержания, разрывания или пережевывания пищи меняется и строение зубов. Развиваются резцы, клыки, коренные зубы. Их число и форма постоянны для особей одного вида. У грызунов верхние резцы растут всю жизнь. В стенках желудка позвоночных имеются пищеварительные железы. Есть печень и поджелудочная железа. Кишечник делится на несколько отделов. Длина толстого кишечника увеличивается, у некоторых птиц и млекопитающих развивается слепая кишка (рис. 162), в которой происходит переваривание растительной пищи, клетчатки.

Каждое новое образование в пищеварительной системе появлялось в процессе эволюции в связи с необходимостью либо осваивать новый тип пищи, либо получать из того же объема пищи значительно больше строительного материала или энергии.

Обмен веществ и превращение энергии. У всех изученных животных организмов отмечено наличие таких процессов, которые обеспечивают питание, выделение, газообмен. В любой организм должны поступать какие-то вещества из окружающей среды, а какие-то вещества должны в нее выделяться.

Процесс обмена веществ идет с момента рождения и до самой смерти. Скорость его протекания может быть различной: от обычной – в активном состоянии животного, до весьма замедленной – в спячке. А в отдельных случаях могут быть периоды полной остановки, например при вмерзании в лед (у некоторых рыб, земноводных) и при инцистировании (у простейших).

Рис. 162. Пищеварительная система млекопитающих: 1 – зубы; 2 – ротовое отверстие; 3 – глотка; 4 – пищевод; 5 – желудок; 6 – печень; 7 – поджелудочная железа; 8 – тонкая кишка; 9 – слепая кишка; 10 – толстая кишка; 11 – заднепроходное отверстие

В процессе питания в организм животного поступают вещества, переваривая их, т. е. разлагая на простейшие составляющие, животное получает тот строительный материал, который потом усваивается организмом и используется для его роста и развития. Для того чтобы шел этот процесс, нужны определенные вещества, вырабатываемые клетками или специализированными органами, и энергия.

Обмен веществ неотделим от превращения энергии в организме. Источником энергии является пища. Разложение сложных веществ пищи до простых и усвоение их сопровождаются выделением энергии. При этом энергия химических связей сложных органических молекул в результате химических реакций превращается (переходит) в другие виды энергии, используемой организмом для изменения структуры и функций клеток, поддержания определенной температуры тела (у теплокровных) для совершения какой-либо работы мышц и т. п. Все реакции обмена веществ и превращения энергии протекают при участии каких-либо биологических катализаторов (ускорителей процессов) – ферментов. Ферменты пищеварения содержатся, например, в слюне, желудочном соке и в выделениях других пищеварительных желез.

Большую роль в обмене веществ играет газообмен. Кислород, поступающий в клетки организма, участвует в процессе разложения веществ пищи. Образующийся в результате обмена веществ в клетках углекислый газ выделяется либо через клеточную оболочку у простейших и тонкослойных многоклеточных животных, либо через специальные органы: трахеи, легочные мешки, жабры, легкие.

Жидкие продукты обмена веществ выделяются через органы выделения, а непереваренные остатки пищи удаляются при опорожнении пищеварительной системы.

Большое значение для обмена веществ имеет полноценное питание, при котором организм получает все необходимые вещества. Дикие, свободноживущие животные сами обеспечивают себя всеми необходимыми веществами.

Для одомашненных животных выпускаются комбинированные корма (в состав которых входят все необходимые животным добавки). Сочетая различные сочные, грубые, комбинированные и другие корма, люди добиваются максимального обеспечения сельскохозяйственных животных всеми необходимыми веществами для увеличения продуктивности животноводства.

Таким образом, любой живой организм усваивает поступающие в него необходимые для жизнедеятельности вещества и выделяет в окружающую среду вещества, ненужные организму. Вся жизнь живого организма – это непрерывный обмен веществами с окружающей средой.

Обмен веществ. Превращение энергии. Ферменты.

1. Почему деление животных на группы по преобладающему виду пищи следует считать условным?

2. Какие особенности строения пищеварительной системы млекопитающих позволяют утверждать, что строение и функция органа взаимосвязаны?

3. Почему длина кишечника позвоночных животных разная?

4. Что означает понятие «обмен веществ»?

5. Говорят, что организм – это открытая система. Объясните это утверждение. Приведите пример.

6. Как, зная закономерности обмена веществ, управлять ростом и развитием животного?

Знаете ли вы, что:

В 1 см³ содержимого рубца коров живет 15–20 млрд особых микроорганизмов.

Каждая клетка кишечного эпителия имеет до 3 тыс. микровыростов – ворсинок, которые значительно увеличивают внутреннюю поверхность кишки, обеспечивая всасывание переваренной пищи.

Чем меньше величина птицы, тем интенсивнее идет у нее обмен веществ, тем выше температура тела, которая, например, у пингвина – 38,8 °С, у курицы – 41,7 °С, у жаворонка – 43 °С, у зарянки – 44,6 °С.

1. Как доставляются к внутренним органам питательные вещества и кислород?

2. Что такое кровь?

Кровеносная система и кровообращение. Простейшие, губки, кишечнополостные черви с диаметром тела до 1 мм кровеносной системы не имеют. Процессы жизнеобеспечения (газообмен, питание и выделение) каждая клетка в организме осуществляет самостоятельно.

Впервые кровеносная система появляется у кольчатых червей. Она замкнутая, то есть кровь движется только по сосудам и не выливается в полость тела, и состоит из спинного и брюшного сосудов, соединенных между собой кольцевыми сосудами. От длинных сосудов отходят мелкие сосуды, которые многократно ветвятся. Самые мельчайшие кровеносные сосуды называют капиллярами. Они оплетают густой сетью внутренние органы и кожу. Кровь движется по спинному сосуду в направлении к головному концу, а по брюшному – к хвостовому благодаря сокращению и расслаблению стенок спинного и кольцевых сосудов передней части тела (рис. 25).

Кровеносная система моллюсков незамкнутая. Есть сердце – специальный орган, обеспечивающий движение крови.

Кровеносная система членистоногих, как и моллюсков, незамкнутая. При сокращении сердца кровь выталкивается в кровеносные сосуды, из них – в полость тела между органами. Затем возвращается вновь в сердце по другим сосудам (рис. 163).

У всех хордовых, начиная с ланцетника, кровеносная система замкнутая. У ланцетника сердце отсутствует. Кровь движется благодаря сокращению стенок переднего отдела брюшного кровеносного сосуда.

Кровеносная система позвоночных животных характеризуется дальнейшим усложнением строения (рис. 164). Так, у рыб система замкнутых кровеносных сосудов, по которым течет кровь, образует круг кровообращения. Кровь по кровеносной системе движется благодаря сокращению мышечных стенок сердца. Сердце рыб двухкамерное, состоит из предсердия и желудочка. Оно расположено в передней части тела на брюшной стороне. От желудочка сердца отходит крупный кровеносный сосуд – аорта. Она разветвляется на артерии, по которым кровь течет к жабрам. В жабрах разветвление кровеносных сосудов заканчивается густой сетью мельчайших капилляров. Кровь в капиллярах обогащается кислородом и превращается в артериальную. Артерии разносят ее по всему организму. В органах и тканях артериальная кровь отдает питательные вещества и кислород, насыщается углекислым газом и становится венозной. По венам венозная кровь возвращается к сердцу и поступает в предсердие. Из предсердия сердца кровь проталкивается в желудочек, из желудочка – в аорту.

Дальнейшее усложнение кровеносной системы происходит у земноводных и пресмыкающихся. Наземный образ жизни приводит к образованию легких – органа, обеспечивающего газообмен между кровью и воздухом. Сердце становится трехкамерным и состоит из двух предсердий и одного желудочка. Кровь течет по двум кругам кровообращения – большому и малому. Большой круг кровообращения связан со всеми внутренними органами, от которых кровь поступает в правое предсердие. Насыщенная углекислым газом кровь считается венозной. Малый круг кровообращения связан с легкими. В них кровь обогащается кислородом и становится артериальной. От легких артериальная кровь поступает в левое предсердие. Сокращение предсердий выталкивает кровь в желудочек, где артериальная и венозная кровь частично смешиваются.

У пресмыкающихся в желудочке сердца образуется перегородка, которая не полностью делит его на две половинки. Благодаря ей кровь, поступающая в желудочек, меньше смешивается. У крокодилов в желудочке сердца перегородка полностью делит его на две камеры, и сердце становится четырехкамерным.

У птиц и млекопитающих кровеносная система замкнутая (рис. 164). Кровь течет по двум кругам кровообращения – большому и малому. Сердце четырехкамерное и состоит из двух предсердий и двух желудочков (рис. 165 А, Б). Артериальная и венозная кровь не смешиваются. Кровеносные сосуды большого круга кровообращения начинаются от левого желудочка. По ним течет артериальная кровь ко всем органам. Она собирается в вены и впадает в правое предсердие. Кровеносные сосуды малого круга кровообращения начинаются от правого желудочка и сообщаются с легкими. В них кровь становится артериальной и возвращается в левое предсердие.

Рис. 163. Схема строения кровеносной системы членистоногих (рака и пчелы). Рак: 1 – сердце; 2 – артерии; 3 – жаберные сосуды. Пчела: 1 – сердце; 2 – выносящий сосуд

Рис. 164. Схема строения кровеносной системы позвоночных: А – рыбы; Б – земноводные; В – пресмыкающиеся; Г – птицы; Д – млекопитающие. Схема строения кровеносной системы лягушки: 1 – сердце; 2 – желудочек; 3 – предсердие; 4 – большой круг кровообращения; 5 – малый круг кровообращения

Рис. 165. Схема строения сердца птиц (А) и млекопитающих (Б): 1 – левый желудочек; 2 – правый желудочек; 3 – левое предсердие; 4 – правое предсердие

Омывая клетки тканей и органов, кровь осуществляет газообмен – отдает им кислород и уносит от них углекислый газ. Так же происходит и с веществами, поступающими из пищеварительной системы: они доставляются к клеткам, а от них забираются ненужные продукты обмена. Кровь переносит также вещества, выделяемые железами внутренней секреции, с помощью которых регулируется деятельность организма.

Таким образом, эволюция системы кровообращения шла по пути создания высокоспециализированной кровеносной системы, обеспечивающей всем клеткам тела необходимые для их жизни условия.

Кровь. Кровь – это жидкость, циркулирующая в кровеносной системе. Она доставляет к клеткам кислород и питательные вещества и выносит продукты обмена. Состав крови у животных неоднороден. Жидкая часть крови – плазма состоит из воды, растворенных в ней солей и питательных веществ. С помощью крови осуществляется взаимосвязь пищеварительной системы со всеми клетками тела. От них плазма уносит продукты жизнедеятельности, которые через выделительную систему выводятся из организма.

В плазме находятся не связанные друг с другом клетки – форменные элементы крови: лейкоциты, эритроциты и тромбоциты.

Лейкоциты – бесцветные клетки, напоминающие амеб. Они выполняют защитную функцию, захватывая и переваривая посторонние частицы, попавшие в организм животного.

Эритроциты содержат особое вещество – гемоглобин, способный легко присоединять, а затем отдавать кислород.

В состав гемоглобина входит металл в соединении с другими веществами. Они и окрашивают кровь в соответствующий цвет.

Кроме лейкоцитов и эритроцитов в крови находятся кровяные пластинки – тромбоциты. Они обеспечивают свертываемость крови в случае повреждения кровеносных сосудов и при кровотечениях.

У позвоночных теплокровных животных кровь способствует регулированию температуры тела.

В процессе эволюции животных изменялись состав и функции крови. У водных кольчатых червей и моллюсков кровь близка по составу морской воде: в ней мало лейкоцитов и эритроцитов. У животных, освоивших наземный образ жизни, увеличивается число этих клеток, развиваются дополнительные функции крови. Наиболее полно функции крови проявляются у позвоночных. У них кровь выполняет следующие функции: транспортную – перенос газов, питательных веществ и продуктов обмена, регуляторную – поддержание температуры тела, защитную – свертываемость крови, уничтожение болезнетворных микроорганизмов (с помощью лейкоцитов). Кровь животных используется человеком при выработке различных сывороток для защиты от инфекционных болезней. Из крови крупного рогатого скота изготавливают гематоген – препарат, повышающий содержание железа в крови человека.

Сердце. Капилляры. Артерии. Вены. Кровеносная система: замкнутая, незамкнутая. Круги кровообращения. Аорта. Фагоцитоз. Плазма. Форменные элементы крови. Лейкоциты. Эритроциты. Тромбоциты. Гемоглобин. Кровь: артериальная, венозная.

1. Каковы предпосылки развития кровеносной системы?

2. Докажите, что увеличение числа камер сердца повышает уровень организации животного.

3. Как взаимосвязаны строение и функции сердца?

4. В чем отличие замкнутой и незамкнутой кровеносных систем?

5. О чем свидетельствует сходство состава крови с морской водой у некоторых животных?

6. Каковы основные функции крови?

7. Что переносит кровь?

Знаете ли вы, что:

Кровь свертывается быстрее всего у миноги – за 2–5 с, медленнее всего у узка обыкновенного – за 27 мин.

Эритроциты живут до 500 суток у черепахи, до 35 суток – у курицы.

Содержание гемоглобина в 100 мл крови млекопитающих минимальное у кошки – 10,2 г, а максимальное у козы – 106 г.