Защо дишаме? Открити са животни, които не се нуждаят от кислород. Защо имаме нужда от кислородно дишане, ако има безкислородно дишане?

Кислородът е задължително включен в живата материя. Малко вероятно е той да бъде заменен в живите системи от друг елемент.

Но в допълнение към химически свързания кислород, по-голямата част от организмите също се нуждаят от свободен молекулярен кислород за дишане.

Фактът, че при дишането се използва кислород, а не други газове, се обяснява с неговите свойства: кислородът лесно влиза в химични съединения с много вещества и тези реакции са придружени от освобождаване на топлинна енергия. Понякога, например, светещи животни и бактерии също отделят светлинна енергия. Няма друго вещество, което при реакция с телесни вещества да осигури освобождаването на толкова големи количества енергия.

Атмосферният кислород е особено необходим за висшите животни. Птиците и сухоземните бозайници не могат да живеят без него дори за няколко минути. Водните бозайници, адаптирани към дълъг престой под вода (от 15 минути до 1 час 45 минути), всъщност го използват не по-малко, тъй като създават запас от въздух в белите дробове.

Така на планетите, чиято атмосфера е лишена или съдържа малко кислород, едва ли може да има същества, подобни на животните на Земята. Нека обаче не предрешаваме въпроса и нека видим дали изобщо може да съществува живот без атмосферен кислород или с малко количество от него.

Според редица учени кислородът в земната атмосфера се е появил в резултат на жизнената дейност на зелените растения. Очевидно, когато животът на нашата планета едва е започнал, в нейната атмосфера не е имало кислород. Първите организми, от които впоследствие са се появили растенията, не са имали нужда от свободен кислород; Първичните зелени растения, очевидно, също все още не са имали функцията на дишане. Този процес възниква едва на следващия етап от еволюцията.

Сред съвременните организми има и много анаеробни. Това са някои бактерии и дрожди. Те не вдишват кислород, а получават енергия от окисляването на различни вещества. Това е „безкислородно дишане“ или ферментация. Има видове микроби, за които кислородът е отровен и причинява смърт; Има и такива, които могат да живеят без кислород, но когато го има, го използват за дишане, което върви заедно с ферментацията.

При зелените растения и низшите животни връзката с кислорода също е изключително разнообразна. Всички зелени растения дишат, но колебанията в количеството кислород в околната среда не оказват забележимо влияние върху скоростта на дишане. Само когато съдържанието му в атмосферата намалее до 2-1% (10-20 пъти по-малко от нормалното), скоростта на дишане на повечето растителни видове намалява. В същото време започва анаеробен метаболизъм, поради което растението може да живее известно време дори при пълна липса на кислород.

Нуждата от кислород на водните растения е още по-малка, тъй като водата обикновено съдържа значително по-малко кислород от атмосферата. Водата в някои резервоари съдържа 2000 пъти по-малко кислород, отколкото във въздуха.

И накрая, някои нови изследвания показват, че във вътрешните тъкани на растението съставът на газовата среда често е лишен от далечна прилика с обичайния състав на въздуха. Дишането е близко до анаеробното сред животните, много протозои и многоклетъчни безгръбначни също живеят и се размножават с незначително количество кислород и дори при пълното му отсъствие. Десетки видове и ресничести, амеби и флагелати, живеещи в почти лишени от кислород тини, в отпадни води, в застояла езерна вода, са постоянно в по същество анаеробни условия от тях могат да живеят в присъствието на кислород, но от богата на кислород среда те изтласкват други организми.

При незначително или дори пълно отсъствие на кислород в околната среда могат да живеят някои видове кръгли червеи (например копеподи) и мекотели, които живеят във водата с малко или без кислород , например, ларвите на един вид бръмбари (Donacia), хирономус комари (Chironomus thummi) и други могат да достигнат развитие на оперение във вода, съдържаща 0,3 mg кислород на литър, т.е.

Всички висши гръбначни се нуждаят от кислород за дишане, но дори и при тях отделните телесни клетки могат временно да преминат към анаеробен метаболизъм, а клетките на някои тъкани обикновено се нуждаят от малко количество кислород много чувствителни към липса на кислород.

Нуждата от кислород при хората и висшите животни също варира в зависимост от адаптацията към определена среда.

Овцете, свикнали с планинските условия, се чувстват нормално на надморска височина от 4000 м, където кислородът е с 35-40% по-малко, отколкото на морското равнище.

Около 6000 м надморска височина е най-високата граница на живот за повечето животни. Само няколко вида мишевидни гризачи и хищни птици се срещат на такава голяма надморска височина. Но едва ли само разредената атмосфера и липсата на кислород пречат на живота им още повече. Разбира се, ниските температури и вечен лед, липса на почвена и растителна храна, силни ветрове и др.

За човек, адаптиран към живота в равнината, намаляването на налягането и количеството кислород причинява тежки нарушения - планинска болест. Въпреки това, след специално обучение, човек може да се издигне и да остане известно време на височина от 7000-8000 m. На височините на Тибет и в Андите (на височина 5300 m) има постоянни човешки селища, което показва, че a. човек може да се адаптира към половината от съдържанието на кислород в атмосферата в сравнение с наличното на морското равнище.

При тези хора всички телесни тъкани усвояват кислород много по-енергично, съдържанието на хемоглобин и кислородният капацитет на кръвта се повишават.

При опити с животни е установено, че по време на аклиматизацията в планински условия в организма протича енергична „борба” за доставка на кислород до тъканите. Клетките започват да използват кислорода по-пълноценно поради повишената активност на окислителните ензими, освен това тъканите стават по-толерантни към липсата на кислород и дори могат да преминат към анаеробен тип дишане.

В лабораторията бяха проведени изследвания върху насекоми, оказа се, че при видове насекоми, живеещи на морското равнище, където налягането е около 760 mm Hg, сърцето спира да работи при налягане от 25-20 mm Hg живеят, ако кислородът е 30 пъти по-малък, отколкото в атмосферата. Но видовете, живеещи в планините на надморска височина от 1000 m, са много по-стабилни при налягане от 15 mm живачен стълб по-високи височини (3200 м), сърцето спира само при налягане от 5 mm живачен стълб, т.е. при такова разреждане на атмосферата, което съществува приблизително на височина 100-200 км от Земята.

Така че възможностите за живот при липса на кислород за земните организми са доста големи. Но в същото време повечето от тях имат рязко намаляване на активността. Без да изпреварваме и без да навлизаме в дискусия по въпроса за живота извън Земята, все пак ще посочим, че например на Марс нуждата на организмите от кислород при същата жизнена енергия може да е по-малка, отколкото на Марс. Земята. Факт е, че поради по-малкия размер и по-ниската плътност на Марс, гравитацията от него е почти 3 пъти по-малка, отколкото на Земята, и функционирането на органите ще изисква значително по-малко енергия, получена чрез дишане. Освен това при ниски температури на околната среда тъканите и клетките се насищат с кислород с по-малко кислород в околната среда.

И накрая, известно е, че клетките на организмите са способни да натрупват и използват елементи, намиращи се в природата в изключително малки количества, в разпръснато състояние. Следователно не би било изненадващо, ако при малко количество кислород в околната среда организмите развият различни адаптации за улавяне на кислород.

Това означава, че ако на планетите, достъпни за нашето изследване, има толкова малко кислород, че не може да бъде открит от Земята чрез спектрален анализ, това все още не е причина да отричаме възможността за живот на тях. Разбира се, малкото количество кислород ограничава съществуването на животни като нашите гръбначни, с тяхното високо енергийно ниво на метаболизъм и по-висока нервна активност. Но могат да съществуват организми с различна структура.

Преценката за това какъв може да бъде животът с малко количество кислород не е необходимо да се опростява. Ако беше възможно да се установи, че в предишни епохи е имало повече кислород от биогенен произход в атмосферата на Марс, отколкото сега, тогава би било необходимо да се приеме, че животът на Марс е станал по-беден, но в същото време няколко високоспециализирани форми биха могли възникват.

Ако намерите грешка, моля, маркирайте част от текста и щракнете Ctrl+Enter.

Вероятно знаете, че дишането е необходимо, така че кислородът, необходим за живота, да влезе в тялото с вдишания въздух, а при издишване тялото отделя въглероден диоксид.

Всички живи същества дишат - животни, птици и растения.

Защо живите организми се нуждаят от кислород толкова много, че животът без него е невъзможен? И откъде идва въглеродният диоксид в клетките, от които тялото трябва постоянно да се освобождава?

Факт е, че всяка клетка на живия организъм представлява малко, но много активно биохимично производство. Знаете ли, че нито едно производство не е възможно без енергия. Всички процеси, протичащи в клетките и тъканите, изискват голямо количество енергия.

От къде идва?

С храната, която приемаме – въглехидрати, мазнини и протеини. В клетките тези вещества окислявам. Най-често верига от трансформации на сложни вещества води до образуването на универсален източник на енергия - глюкоза. В резултат на окисляването на глюкозата се освобождава енергия. Кислородът е точно това, което е необходимо за окисляването. Енергията, която се освобождава в резултат на тези реакции, се съхранява от клетката под формата на специални високоенергийни молекули – те, подобно на батериите или акумулаторите, освобождават енергия при необходимост. И крайният продукт на окисляването на хранителните вещества е водата и въглеродният диоксид, които се отстраняват от тялото: от клетките навлиза в кръвта, която пренася въглеродния диоксид в белите дробове и там се изхвърля по време на издишване. За един час човек отделя от 5 до 18 литра въглероден диоксид и до 50 грама вода през белите си дробове.

Между другото...

Високоенергийните молекули, които са „гориво” за биохимичните процеси, се наричат ​​АТФ - аденозинтрифосфорна киселина. При хората продължителността на живота на една ATP молекула е по-малко от 1 минута. Човешкото тяло синтезира около 40 kg АТФ на ден, но всичко се изразходва почти веднага и практически не се създава резерв от АТФ в тялото. За нормален живот е необходимо постоянно да се синтезират нови ATP молекули. Ето защо без кислород живият организъм може да живее максимум няколко минути.

Има ли живи организми, които не се нуждаят от кислород?

Всеки от нас е запознат с процесите на анаеробно дишане! Така ферментацията на тесто или квас е пример за анаеробен процес, извършван от дрожди: те окисляват глюкозата до етанол (алкохол); процесът на вкисване на млякото е резултат от работата на млечнокисели бактерии, които извършват млечнокисела ферментация - превръщат млечната захар лактоза в млечна киселина.

Защо се нуждаете от дишане с кислород, ако е налично дишане без кислород?

Тогава аеробното окисление е многократно по-ефективно от анаеробното окисление. Сравнете: по време на анаеробното разграждане на една молекула глюкоза се образуват само 2 молекули АТФ, а в резултат на аеробното разграждане на молекула глюкоза се образуват 38 молекули АТФ! За сложни организми с висока скорост и интензивност на метаболитните процеси анаеробното дишане просто не е достатъчно за поддържане на живота - например електронна играчка, която изисква 3-4 батерии за работа, просто няма да се включи, ако в нея е поставена само една батерия.

Възможно ли е безкислородно дишане в клетките на човешкото тяло?

Със сигурност! Първият етап от разграждането на молекулата на глюкозата, наречен гликолиза, протича без наличието на кислород. Гликолизата е процес, общ за почти всички живи организми. По време на гликолизата се образува пирогроздена киселина (пируват). Именно тя тръгва по пътя на по-нататъшни трансформации, водещи до синтеза на АТФ както по време на кислородно, така и без кислородно дишане.

По този начин запасите от АТФ в мускулите са много малки - те са достатъчни само за 1-2 секунди мускулна работа. Ако мускулът има нужда от краткотрайна, но активна дейност, в него първо се мобилизира анаеробното дишане – то се активира по-бързо и осигурява енергия за около 90 секунди активна мускулна работа. Ако мускулът работи активно повече от две минути, тогава започва аеробното дишане: с него производството на АТФ става бавно, но осигурява достатъчно енергия за поддържане на физическа активност за дълго време (до няколко часа).

1. Всички листа имат жилки. От какви структури се формират? Каква е тяхната роля в транспорта на веществата в растението?

Жилките са образувани от съдово-влакнести снопове, които проникват в цялото растение, свързвайки неговите части - издънки, корени, цветове и плодове. Те се основават на проводими тъкани, които осъществяват активното движение на веществата, и механични. Водата и разтворените в нея минерали се движат в растението от корените към надземните части през съдовете на дървесината, а органичните вещества се движат през ситовидните тръби на лика от листата към други части на растението.

В допълнение към проводящата тъкан, вената съдържа механична тъкан: влакна, които придават здравина и еластичност на листната плоча.

2. Каква е ролята на кръвоносната система?

Кръвта пренася хранителни вещества и кислород в тялото и премахва въглеродния диоксид и други отпадъчни продукти. Така кръвта изпълнява дихателната функция. Белите кръвни клетки изпълняват защитна функция: те унищожават патогени, които влизат в тялото.

3. От какво се състои кръвта?

Кръвта се състои от безцветна течност - плазма и кръвни клетки. Има червени и бели кръвни клетки. Червените кръвни клетки придават червения цвят на кръвта, защото съдържат специално вещество - пигментът хемоглобин.

4. Оферта прости веригизатворена и отворена кръвоносна система. Посочете сърцето, кръвоносните съдове и телесната кухина.

Схема на отворена кръвоносна система

5. Предложете експеримент, който доказва движението на веществата в тялото.

Нека докажем, че веществата се движат в тялото, използвайки примера на растение. Нека поставим млад издънка на дърво във вода, оцветена с червено мастило. След 2-4 дни извадете издънката от водата, измийте мастилото от нея и отрежете парче от долната част. Нека първо разгледаме напречното сечение на издънката. Разрезът показва, че дървото е почервеняло.

След това разрязваме по останалата част от издънката. Червени ивици се появиха в областите на оцветени съдове, които са част от дървото.

6. Градинарите размножават някои растения с помощта на отрязани клони. Засаждат клоните в земята и ги покриват с буркан, докато се вкоренят напълно. Обяснете значението на буркана.

Под кутията се образува висока постоянна влажност поради изпарение. Поради това растението изпарява по-малко влага и не изсъхва.

7. Защо отрязаните цветя увяхват рано или късно? Как можете да предотвратите бързия им спад? Направете диаграма на транспорта на веществата в рязаните цветя.

Отрязаните цветя не са пълноценно растение, тъй като при тях е премахната конската система, която осигурява адекватно (както е предвидено от природата) усвояване на вода и минерали, както и част от листата, което осигурява фотосинтеза.

Цветето изсъхва главно защото в отрязаното растение или цвете няма достатъчно влага поради повишеното изпарение. Това започва от момента на отрязване и особено когато цветът и листата са били дълго време без вода и имат голяма изпарителна повърхност (отрязан люляк, отрязана хортензия). Много оранжерийни рязани цветя трудно понасят разликата между температурата и влажността на мястото, където са отгледани, и сухотата и топлината в жилищните помещения.

Но едно цвете може да избледнее или да остарее, този процес е естествен и необратим.

За да избегнете избледняване и да удължите живота на цветята, букетът от цветя трябва да бъде в специална опаковка, която служи за защита от смачкване, проникване на слънчева светлина и топлина на ръцете. На улицата е препоръчително да носите букета с цветята надолу (влагата винаги ще тече директно към пъпките, докато цветята се прехвърлят).

Една от основните причини за увяхването на цветята във ваза е намаляването на съдържанието на захар в тъканите и дехидратацията на растението. Това се случва най-често поради запушване на кръвоносните съдове от въздушни мехурчета. За да се избегне това, краят на стъблото се потапя във вода и се прави кос отрез с остър нож или градинска ножица. След това цветето вече не се изважда от водата. Ако възникне такава необходимост, операцията се повтаря отново.

Преди да поставите нарязани цветя във вода, отстранете всички долни листа от стъблата, както и отстранете бодлите от розите. Това ще намали изпарението на влагата и ще предотврати бързото развитие на бактерии във водата.

8. Каква е ролята на кореновите власинки? Какво е коренов натиск?

Водата навлиза в растението през кореновите власинки. Покрити със слуз, в близък контакт с почвата, те абсорбират вода с разтворени в нея минерали.

Кореновото налягане е силата, която причинява еднопосочно движение на водата от корените към издънките.

9. Какво е значението на изпарението на водата от листата?

Попаднала в листата, водата се изпарява от повърхността на клетките и излиза в атмосферата под формата на пара през устицата. Този процес осигурява непрекъснат възходящ поток на вода през растението: след като се откажат от водата, клетките на листната маса, като помпа, започват интензивно да я абсорбират от заобикалящите ги съдове, където водата навлиза през стъблото от корена.

10. През пролетта градинарят откри две повредени дървета. В единия мишките частично повредиха кората; в другия зайците изгризаха пръстена на ствола. Кое дърво може да умре?

Дърво, чийто ствол е бил изгризан от зайци, може да умре. В резултат на това вътрешният слой кора, наречен лико, ще бъде унищожен. През него се движат разтвори на органични вещества. Без техния приток клетките под увреждането ще умрат.

Камбият се намира между кората и дървото. През пролетта и лятото камбият се дели енергично, което води до отлагане на нови флоемни клетки към кората и нови дървесни клетки към дървото. Следователно животът на дървото ще зависи от това дали камбият е повреден.

Една обща хипотеза за произхода на животните е оспорена. Най-древните от тях не трябваше да чакат, докато океаните се наситят с кислород.

Общоприетото мнение е, че еволюцията на животните е възпрепятствана от липсата на кислород във водата. Въпреки това днешните гъби, които са много близки до първите животни на планетата, виреят при почти пълна липса на кислород.

Очевидно най-примитивните животни все още са живели във вода, в която почти няма този ценен елемент. С други думи, животът е възникнал първо, за да създаде днешните наситени с кислород океани, а не обратното.

Даниел Милс от Университета на Южна Дания и колегите му взеха няколко морски гъби, Halichondria panicea, от богатите на кислород води на датски фиорд и ги поставиха в аквариум, от който постепенно се изпомпваше кислородът. Дори когато нивото на кислород спадна 200 пъти в сравнение с атмосферните нива, гъбите издържаха определените им от учените десет дни. Ако съвременните гъби могат да живеят с това количество кислород, тогава първите животни също биха могли, защо не?