1. Дыхание растений, животных и человека, его значение. Строение органов дыхания человека и их функции
Дыхание – это одна из важнейших жизненных функций большинства организмов, включающая в себя поступление в организм кислорода, использование кислорода для получения энергии и выведение из организма конечных продуктов дыхания, в основном углекислого газа.
Подавляющее число живых организмов на Земле относятся к аэробам, то есть они могут жить только при наличии в окружающей среде кислорода, который они используют для окисления веществ и получения, таким образом, энергии. К аэробам относятся: растения, большинство грибов, подавляющее большинство простейших и многоклеточных животных, некоторые бактерии. Заметно меньше на нашей планете анаэробов – организмов, способных жить в бескислородной среде. К анаэробам относятся многие бактерии (например, возбудители столбняка и газовой гангрены), а также кишечные паразиты (дизентерийная амеба, аскарида, ленточные черви).
Дыхание растений.
Дышат все органы и ткани растений. Семя поглощает кислород даже при хранении, но особенно интенсивно дышит развивающийся зародыш. Корень поглощает кислород из почвы, листья получают кислород через устьица, а молодые стебли – через чечевички.
Дыхание животных.
Простейшие, кишечнополостные, губки, многие черви дышат всей поверхностью тела. Некоторые многощетинковые черви, большинство моллюсков, ракообразные и рыбы поглощают кислород из воды через жабры. Тело наземных членистоногих (паукообразных и насекомых) пронизано сетью трахей – трубочек, доставляющих воздух от специальных дыхалец к тканям.
У земноводных появляются относительно небольшие легкие, и дыхание частично происходит через кожу. У рептилий дыхание происходит только через легкие. У птиц также легочное дыхание, причем в полете они используют специальные воздушные мешки. Поэтому в полете у них наблюдается так называемое двойное дыхание.
Все млекопитающие дышат при помощи легких. Строение органов дыхания млекопитающих можно рассмотреть на примере дыхательной системы человека.
Органы дыхания человека.
Воздух вдыхается через нос. Носовая полость состоит из извилистых носовых ходов, имеющих большую площадь и выстланных ресничным эпителием для выноса инородных частичек, попавших в нос с воздухом. Из носовой полости через носоглотку воздух попадает в гортань. Основа гортани – щитовидный хрящ, прикрывающий ее спереди. Так как рядом с гортанью начинается и пищевод, ведущий в желудок, то при глотании гортань рефлекторно прикрывается специальным надгортанным хрящом, чтобы в нее не попадала пища. Гортань также выстлана ресничным эпителием. Между хрящами гортани расположены особые складки – голосовые связки, просвет между которыми может изменяться в широких пределах. При выдыхании воздуха связки могут колебаться с различной частотой, генерируя звук. Тембр голоса зависит не только от толщины, длины и формы голосовых связок, но и от формы и объема глотки, носоглотки, ротовой полости, расположения языка и т.д.
Из гортани воздух проходит в трахею – трубку, передняя стенка которой образована хрящевыми полукольцами, а задняя примыкает к пищеводу. Трахея разветвляется на два бронха, а те в свою очередь, многократно делясь, образуют многочисленные ветви – бронхиолы. Бронхиолы также многократно делятся, образуя грозди мельчайших легочных пузырьков – альвеол, заполненных воздухом, которые и образуют легкие. Общая поверхность всех альвеол достигает 100 м2, и все они оплетены капиллярами малого круга кровообращения. Стенки альвеол образованы одним слоем клеток. Каждое легкое покрыто соединительнотканной оболочкой – легочной плеврой, а стенки грудной клетки, в которой расположены легкие, покрыты изнутри пристенной плеврой.
Между двумя плеврами находится небольшое, герметически замкнутое пространство, в котором нет воздуха, – плевральная полость. Давление в плевральной полости – «отрицательное», то есть несколько ниже атмосферного.
У человека, находящегося в спокойном состоянии приблизительно один раз в четыре секунды в нейронах дыхательного центра продолговатого мозга возникают залпы импульсов, идущие по нервным волокнам к межреберным мышцам и диафрагме, которая ограничивает грудную полость снизу. В результате этого мышцы сокращаются и ребра приподнимаются, а диафрагма, уплощаясь, опускается. Все это приводит к тому, что объем грудной полости увеличивается. Легкие, находясь в герметически замкнутом пространстве, следуют за движениями грудной клетки и тоже расширяются, всасывая воздух, – происходит вдох. При вдохе кровь насыщается кислородом, который практически мгновенно доходит до клеток дыхательного центра – те перестают генерировать дыхательные импульсы, и вдох прекращается: ребра опускаются, диафрагма приподнимается, объем грудной полости уменьшается, происходит выдох.
Газообмен в альвеоле
Мужчины вдыхают воздух преимущественно за счет движений диафрагмы, а женщины – за счет движений ребер. Объем воздуха, поступающего в легкие человека при спокойном вдохе, составляет около 500 см3. После очень глубокого вдоха человек способен выдохнуть 3500–4000 см3. Этот объем получил название жизненной емкости легких. Однако и после самого глубокого выдоха в легких человека обязательно остается около 1000 см3 воздуха для того, чтобы альвеолы не слипались.
Во вдыхаемом воздухе содержится примерно 21% О2, 79% N2, 0,03% СО2. В легких около 5% О2 проходит через тончайшие стенки альвеол и капилляров малого круга и связывается с гемоглобином в эритроцитах. Около 4% СО2, наоборот, выходит из кровяного русла в альвеолы и выдыхается. Таким образом, в состав выдыхаемого воздуха входят примерно 16% О2, 79% N2, 4% СО2, водяные пары.
Активность дыхательного центра регулируется как различными химическими веществами, приносимыми в дыхательный центр кровью, так и нервными импульсами, приходящими из различных отделов центральной нервной системы. Специфическим возбудителем нейронов, вызывающим вдох, является углекислый газ; при снижении уровня СО2 в крови дыхание становится более редким.
Если человек случайно вдохнет пары веществ, раздражающих рецепторы слизистой оболочки носа, глотки, гортани (аммиак, хлор и т.п.), происходит рефлекторный спазм голосовой щели, бронхов и задержка дыхания. При раздражении дыхательных путей мелкими инородными частицами – пылью, соринками, избытком слизи – возникает чихание или кашель. Таким образом, кашель и чихание в норме являются защитными рефлексами, представляющими собой резкие выдохи. При этом из дыхательных путей выносятся раздражающие частицы.
При физической или нервной нагрузке резко увеличивается частота дыхания, что обусловлено увеличением затрат кислорода в связи с увеличенными затратами энергии.
2. Грибы. Особенности их строения и жизнедеятельности, роль в природе и жизни человека
Грибы – это царство организмов, имеющих ряд признаков и растений, и животных. К настоящему времени известно около 100 тыс. видов грибов.
Грибы нуждаются в готовых органических соединениях (как животные), т.е. по способу питания они являются гетеротрофами. У грибов встречаются следующие три типа гетеротрофного питания.
1. Грибы-паразиты питаются за счет живых существ, поглощая их вещества и нанося им при этом вред.
2. Грибы-сапрофиты питаются органическими веществами мертвых организмов.
3. Грибы-симбионты получают органические вещества от высших растений, отдавая им взамен водный раствор минеральных солей, то есть выполняя роль корневых волосков.
Грибы (как и растения) растут в течение всей жизни.
Тело гриба образовано тонкими белыми нитями, состоящими из одного ряда клеток. Эти нити называются гифами. Все вместе гифы образуют тело гриба, которое называют грибницей, или мицелием. У некоторых грибов нет перегородок между клетками, и тогда вся грибница представляет собой одну гигантскую клетку.
Клетки грибов имеют клеточную стенку, построенную из хитина. Запасным питательным веществом у них чаще всего является полисахарид гликоген (как у животных). Хлорофилла грибы не содержат.
Грибы – очень древняя группа живых существ, известная с силурийского периода палеозойской эры. Возможными предками грибов считаются древнейшие водоросли, утратившие хлорофилл.
Строение плодового тела гриба.
1, 3 – разные стадии развития плодового тела, 2 – плодовое тело в разрезе
(а – вольва, б – шляпка, в – остатки общего покрывала, г – ножка, д – кольцо, е – пластинки)
Размножение у грибов может быть бесполым и половым. Бесполое размножение может быть либо вегетативным (например, частями грибницы или отпочковыванием клеток, как у дрожжей) либо при помощи специализированных клеток – спор (у шляпочных грибов, мукора, спорыньи).
Половое размножение происходит при слиянии половых клеток – гамет. В результате образуется зигота, из которой развивается грибница.
Примеры грибов.
Шляпочные грибы – симбионты высших растений. Плодовые тела образованы плотным переплетением гифов. Нижняя часть шляпки может быть образована пластинками (сыроежка, лисичка) или трубочками (боровик, моховик), в которых созревают споры. Около 200 видов шляпочных грибов используется в пищу. Они содержат белки, витамины, минеральные соли. Некоторые шляпочные грибы ядовиты для человека: бледная поганка, мухомор, сатанинский гриб. Шляпочные грибы являются пищевой базой для многих животных.
Дрожжи, развиваясь на средах, содержащих сахара, превращают их в этиловый спирт и углекислый газ. Дрожжи используют в пищевой промышленности: хлебопечении, виноделии, пивоварении.
Пеницилл, или зеленую плесень, а также некоторые другие плесневые грибы используют для получения разнообразных антибиотиков – веществ, подавляющих размножение и рост бактерий.
Спорынья – паразит хлебных злаков, она не только разрушает колос, но и содержит ядовитые для человека вещества, которые, однако, используются и в лечебных целях.
Трутовик – паразит деревьев, разрушающий кору и древесину.
Некоторые грибы являются паразитами человека и животных, вызывающими заболевания, называющиеся микозами (стригущий лишай, парша). Грибы могут вызывать повреждения тканей, книг, деревянных строений, а в некоторых случаях и изделий из пластмасс и металла.
Роль грибов в природе и жизни человека очень велика. Грибы являются основными разрушителями (редуцентами) остатков отмерших растений, играя важнейшую роль в круговороте веществ в экологических системах.