Дыхание животных
Разбираем, зачем животным дыхание и как кислород попадает внутрь: сначала через поверхность тела и жабры в воде, потом через трахеи и лёгкие на суше.
аудио-обзор «Дыхание животных»23:18- Зачем дышать и как дышат в воде
- Дыхание воздухом без лёгких
- Лёгкие позвоночных
Рыба дышит под водой, муха — трубочками по всему телу, а птица умудряется получать кислород и на вдохе, и на выдохе. Как так получается, что у всех разные «лёгкие», а нужно одно и то же?
Объяснить, зачем животным дыхание и как газы переходят через дыхательную поверхность
Назвать органы дыхания основных групп животных и сопоставить их со средой обитания
Сравнить лёгкие земноводных, пресмыкающихся, птиц и млекопитающих и объяснить двойное дыхание
Зачем дышать и как дышат в воде
Представь печку: чтобы дрова горели, нужен воздух, а дым надо куда-то выпускать. В клетке похоже: кислород помогает высвободить энергию из органических веществ, и на эту энергию клетка живёт. А в процессе обмена веществ образуется углекислый газ — он лишний, его нужно убрать. Вот и вся задача дыхания: впустить кислород, выпустить углекислый газ.
Дыхание — процесс, обеспечивающий снабжение клеток и тканей кислородом и удаление из организма углекислого газа.
Представь город: кислород — полезный груз, который нужно доставить клеткам, а углекислый газ — отходы, которые нужно вывезти. Дыхание обеспечивает оба направления. Запомнить: дыхание = «кислород внутрь, углекислый газ наружу».
Газообмен — совокупность процессов поступления в организм кислорода и выведения из него углекислого газа.
Представь пункт обмена: с одной стороны приходит кислород, с другой уходит углекислый газ. Газообмен происходит через дыхательную поверхность. Запомнить: газообмен = «O₂ входит, CO₂ выходит».
Но как газ вообще попадает внутрь? Никто его не «засасывает» насосом на самом первом уровне — работает диффузия.
Пассивная диффузия — перенос растворённых газов через дыхательные поверхности из области с их высокой концентрацией в область с низкой концентрацией благодаря проницаемости клеточных мембран.
Представь толпу людей: если в одном месте их очень много, они постепенно расходятся туда, где свободнее. Так и газы перемещаются из области высокой концентрации в область низкой, без затрат энергии клетки на сам перенос. Запомнить: диффузия = «из много в мало».
Открой флакон духов в углу комнаты — запах сам дойдёт до другого угла: там, где его много, он расходится туда, где его мало. Энергию тратить не надо, поэтому диффузия «пассивная». Кислорода снаружи много, а в клетках он расходуется — он и идёт внутрь. Углекислого газа много в клетках — он идёт наружу. Оговорка: духи разлетаются по воздуху, а в газообмене газ должен пройти через тонкую проницаемую поверхность — потому она и называется дыхательной.
Самый простой вариант — дышать всей поверхностью тела. Так дышат одноклеточные простейшие, кишечнополостные (гидры, медузы, коралловые полипы), многие черви и мелкие ракообразные. Поверхность прямо омывается водой, газы идут через неё сами.
Когда животное крупнее и сложнее, одной кожи мало, и появляются жабры. Идея везде одна: увеличить тонкую поверхность, пронизанную кровеносными сосудами, чтобы кислород из воды легче переходил в кровь.
Жабры — специализированные органы водного дыхания животных, представляющие собой тонкостенные выросты или складки, пронизанные кровеносными сосудами.
Представь гладкий прут и пушистый ёршик для бутылок: площадь у ёршика несравнимо больше. Жабры — этот самый «ёршик» с кровеносными сосудами внутри: много тонких выростов — много места для обмена газами. Запомнить: жабры = «много тонких складок для обмена».
Жабры бывают разного «уровня сложности», и это удобно запоминать как лесенку от открытых к спрятанным:
| Тип | Кто так дышит |
|---|---|
Всей поверхностью тела (диффузное / кожное) | одноклеточные простейшие, кишечнополостные, многие черви, мелкие ракообразные |
Наружные (перистые) жабры | морские кольчатые черви, голожаберные моллюски |
Жабры в полостях и камерах | ракообразные (жаберные камеры под панцирем), моллюски (мантийная полость) |
Жаберные щели и мешки с лепестками | ланцетники, миноги, акулы (хрящевые рыбы) |
Внутренние жабры (жаберные дуги с тычинками и лепестками под жаберными крышками) | костные рыбы |
Заметь логику: сначала жабры торчат снаружи, потом прячутся под панцирь, в полость или под жаберные крышки. Так они защищены лучше.
У костной рыбы вода входит через рот, омывает жаберные дуги с лепестками (по стрелкам на рисунке) и выходит из-под жаберных крышек. Пока вода течёт вдоль лепестков, кислород уходит в кровь, а углекислый газ — в воду.
Животное: речной рак. Из списка выше: ракообразные дышат жабрами в камерах под панцирем.
Животное: голожаберный моллюск. Жабры у него наружные, торчат снаружи.
Животное: гидра. Особых органов нет — она дышит всей поверхностью тела.
Чем жабры костной рыбы отличаются от жабр морского кольчатого червя по расположению?
показать
Чем жабры костной рыбы отличаются от жабр морского кольчатого червя по расположению?
У червя жабры наружные, перистые, а у костной рыбы внутренние: жаберные дуги с тычинками и лепестками спрятаны под жаберными крышками.
Какое значение имеет кислород в процессе дыхания животных?
Дыхание воздухом без лёгких
На суше кислород берут прямо из воздуха. У насекомых для этого есть не «мешок с воздухом» в одном месте, а целая сеть труб.
Трахеи — органы дыхания насекомых, представляющие собой систему трубочек, пронизывающих всё тело животного и открывающихся наружу дыхальцами.
Дыхальца — особые отверстия на теле насекомых, через которые трахеи связываются с окружающей средой и осуществляется газообмен.
Представь дом, где по всем комнатам проложены вентиляционные трубы, а на улицу выходят окошки-решётки. Трахеи — эти трубы, дыхальца — решётки на стене. Воздух идёт по трубкам прямо к органам, поэтому трубки пронизывают всё тело. Оговорка: в доме трубы голые, а у насекомых они разветвлённые, тонкие, живые.
Представь водопровод: трубы разносят воду по дому, а отверстие на улице соединяет систему с внешней средой. У насекомого трахеи разносят воздух по телу, а дыхальца соединяют эту систему с наружным воздухом. Запомнить: трахеи = «трубки», дыхальца = «отверстия».
Другие сухопутные беспозвоночные:
- паукообразные (пауки) — трахеи и лёгочные мешки;
- сухопутные моллюски (улитки, слизни) — мешковидное лёгкое, видоизменённая мантийная полость. Та самая полость, где у водных моллюсков сидят жабры, у сухопутных превратилась в лёгкое.
Воздух входит через дыхальца на теле.
По системе трубочек-трахей он идёт вглубь, потому что трахеи пронизывают всё тело.
Кислород поступает к тканям, а углекислый газ уходит тем же путём наружу.
Чем трахеи насекомых отличаются от лёгких улитки?
показать
Чем трахеи насекомых отличаются от лёгких улитки?
Трахеи — система трубочек по всему телу с дыхальцами наружу. У улитки мешковидное лёгкое — видоизменённая мантийная полость.
Что представляют собой трахеи насекомых?
Лёгкие позвоночных
У позвоночных воздух сначала идёт по «дороге», а потом попадает в «склад обмена».
Воздухоносные пути — органы дыхательной системы позвоночных животных (носовая полость, гортань, трахея и бронхи), по которым воздух поступает в лёгкие.
Представь дорогу от входа в город к большому складу: носовая полость, гортань, трахея и бронхи последовательно проводят воздух к лёгким. Запомнить: воздухоносные пути = «дорога воздуха к лёгким».
Лёгкие — органы воздушного дыхания позвоночных и некоторых беспозвоночных животных, в которых происходит газообмен между воздухом и кровью.
Представь склад, где рядом встречаются два потока: воздух приносит кислород, а кровь забирает его и отдаёт углекислый газ. Лёгкие — место такого обмена между воздухом и кровью. Запомнить: лёгкие = «место газообмена воздуха и крови».
Идея эволюции проста: чем сложнее внутренняя поверхность лёгкого, тем больше места для газообмена. Посмотри на ступеньки:
| Группа | Лёгкие | Особенность |
|---|---|---|
Земноводные (лягушки, тритоны) | мешковидные | в сочетании с кожным дыханием |
Пресмыкающиеся | ячеистые, с перегородками | вентиляция за счёт рёбер и межрёберных мышц |
Птицы | губчатые, с воздушными мешками | двойное дыхание |
Млекопитающие | альвеолярные | вентиляция межрёберными мышцами и диафрагмой |
Теперь главная птичья особенность.
Двойное дыхание — тип дыхания птиц, при котором обогащение крови кислородом в лёгких происходит как на вдохе, так и на выдохе благодаря наличию воздушных мешков.
Представь систему с резервуарами, которые помогают направлять воздух через лёгкие последовательно и на вдохе, и на выдохе. У птиц воздушные мешки обеспечивают такой поток, поэтому воздух проходит через лёгкие в обе фазы дыхательного цикла, а кровь получает кислород и на вдохе, и на выдохе. Запомнить: двойное дыхание = «кислород поступает через лёгкие в обе фазы». Оговорка: это образ для понимания роли воздушных мешков, а не точная схема движения воздуха.
У млекопитающих газообмен идёт в альвеолах, а вентиляцию обеспечивают межрёберные мышцы и диафрагма.
Альвеолы — микроскопические лёгочные пузырьки в лёгких млекопитающих, оплетённые капиллярами, в которых непосредственно происходит газообмен.
Диафрагма — особая мышца, разделяющая грудную и брюшную полости тела у млекопитающих и участвующая в вентиляции лёгких.
Представь поршень под воздушной камерой: когда он меняет положение, объём камеры изменяется и воздух входит или выходит. Диафрагма сокращается и расслабляется, помогая изменять объём грудной полости и вентилировать лёгкие. Запомнить: диафрагма = «мышца-поршень под лёгкими».
Представь гроздь винограда, каждая ягода которой обтянута тонкой сеткой из сосудов. Ягоды — альвеолы, сеточка — капилляры. Много маленьких пузырьков дают огромную площадь обмена, а тонкая стенка и сосуды рядом помогают газам переходить между воздухом и кровью. Оговорка: на самом деле альвеолы микроскопические и сидят в лёгких, а виноград — просто образ.
Птицы дышат так же, как млекопитающие, просто у них лёгкие поменьше.
У птиц губчатые лёгкие с воздушными мешками и двойное дыхание, а у млекопитающих альвеолярные лёгкие и вентиляция межрёберными мышцами и диафрагмой.
Лягушка: лёгкие мешковидные, плюс дыхание через кожу.
Ящерица (пресмыкающееся): ячеистые лёгкие с перегородками, вентиляция рёбрами и межрёберными мышцами.
Голубь: губчатые лёгкие с воздушными мешками — двойное дыхание.
Собака: альвеолярные лёгкие, вентиляция межрёберными мышцами и диафрагмой.
Какая мышца разделяет грудную и брюшную полости у млекопитающих и помогает вентилировать лёгкие?
показать
Какая мышца разделяет грудную и брюшную полости у млекопитающих и помогает вентилировать лёгкие?
Диафрагма.
Почему лёгкие усложнялись
В параграфе видна общая закономерность: от мешковидного лёгкого (где помогает ещё и кожа) к ячеистым, губчатым и альвеолярным — внутри всё больше перегородок и мелких полостей. Чем их больше, тем больше поверхность, где воздух встречается с кровью.
Какая последовательность органов образует воздухоносные пути позвоночных животных?
Разные среды — разные решения одной задачи: впустить кислород и выпустить углекислый газ через тонкую проницаемую поверхность. Рыба прогоняет воду мимо жабр, насекомое разносит воздух по трубкам-трахеям через дыхальца, а позвоночные на суше используют лёгкие. Птицы благодаря воздушным мешкам обогащают кровь кислородом и на вдохе, и на выдохе — это и есть двойное дыхание.
Дыхание — снабжение клеток кислородом и удаление углекислого газа; кислород нужен, чтобы высвобождать энергию органических веществ.
Газы переходят через дыхательные поверхности пассивной диффузией — из области высокой концентрации в область низкой.
В воде дышат всей поверхностью тела или жабрами: наружными, в полостях и камерах, щелями и мешками, внутренними.
На суше дышат трахеями (насекомые) или лёгкими; у паукообразных — и трахеи, и лёгочные мешки.
Лёгкие усложняются от земноводных к млекопитающим; у птиц двойное дыхание, у млекопитающих альвеолы и диафрагма.
Процесс, обеспечивающий снабжение клеток и тканей кислородом и удаление из организма углекислого газа.
Совокупность процессов поступления в организм кислорода и выведения из него углекислого газа.
Перенос растворённых газов через дыхательные поверхности из области с их высокой концентрацией в область с низкой концентрацией благодаря проницаемости клеточных мембран.
Специализированные органы водного дыхания животных, представляющие собой тонкостенные выросты или складки, пронизанные кровеносными сосудами.
Органы дыхания насекомых, представляющие собой систему трубочек, пронизывающих всё тело животного и открывающихся наружу дыхальцами.
Особые отверстия на теле насекомых, через которые трахеи связываются с окружающей средой и осуществляется газообмен.
Органы дыхательной системы позвоночных животных (носовая полость, гортань, трахея и бронхи), по которым воздух поступает в лёгкие.
Органы воздушного дыхания позвоночных и некоторых беспозвоночных животных, в которых происходит газообмен между воздухом и кровью.
Тип дыхания птиц, при котором обогащение крови кислородом в лёгких происходит как на вдохе, так и на выдохе благодаря наличию воздушных мешков.
Микроскопические лёгочные пузырьки в лёгких млекопитающих, оплетённые капиллярами, в которых непосредственно происходит газообмен.
Особая мышца, разделяющая грудную и брюшную полости тела у млекопитающих и участвующая в вентиляции лёгких.
- Простейшие, гидры, медузы
дышат всей поверхностью тела
- Костные рыбы
внутренние жабры под жаберными крышками
- Насекомые
трахеи, открывающиеся дыхальцами
- Паукообразные
трахеи и лёгочные мешки
- Земноводные
мешковидные лёгкие и кожа
- Пресмыкающиеся
ячеистые лёгкие с перегородками
- Птицы
губчатые лёгкие, воздушные мешки, двойное дыхание
- Млекопитающие
альвеолярные лёгкие, диафрагма
- Газообмен
поступление кислорода и выведение углекислого газа
- Пассивная диффузия
газы идут из высокой концентрации в низкую
- Жабры
тонкостенные выросты или складки с сосудами
- Альвеолы
лёгочные пузырьки, оплетённые капиллярами
| Признак | Водное | Воздушное |
|---|---|---|
Органы | жабры или вся поверхность тела | трахеи, лёгкие |
Пример | костные рыбы | насекомые, птицы |
Где газообмен | тонкие выросты с сосудами | трубочки или лёгочные стенки |
Та самая мантийная полость, где у водных моллюсков находятся жабры, у сухопутных улиток и слизней видоизменена в мешковидное лёгкое.
Лягушки и тритоны дышат сразу двумя способами: мешковидными лёгкими и через кожу.
С помощью какого вещества в организме животных высвобождается энергия, заключённая в органических соединениях?
С помощью кислорода.
В клетках тканей животного в процессе обмена веществ непрерывно образуется углекислый газ. Почему углекислый газ самостоятельно выходит из клеток в окружающую среду?
Инфографика
Слайды
Конспектвесь параграф сжатым текстом — для повторения перед контрольнойпоказать целикомсвернуть
Дыхание животных: Учебное пособие
Данное пособие систематизирует информацию о процессах дыхания в мире животных, рассматривает различные механизмы газообмена и прослеживает эволюционное усложнение дыхательных систем в зависимости от среды обитания.
1. Ключевые концепции и теоретические основы
Значение дыхания и газообмена
Для поддержания жизнедеятельности (движения, пищеварения, размножения) организмам необходима энергия, которая высвобождается из органических веществ с помощью кислорода. В процессе обмена веществ в клетках образуется углекислый газ, подлежащий удалению.
- Газообмен — это совокупность процессов поступления кислорода и выведения углекислого газа.
- Механизм диффузии: Перенос газов происходит пассивно через клеточные мембраны из области высокой концентрации в область низкой. Эффективность процесса напрямую зависит от площади дыхательной поверхности и её толщины.
Дыхание в водной среде
Организмы поглощают кислород, растворённый в воде.
- Всей поверхностью тела: Характерно для простейших, кишечнополостных (медузы, гидры), многих червей и мелких ракообразных.
- Жабры: Специализированные органы.
- Морские кольчатые черви: Наружные перистые жабры.
- Моллюски: Перистые или пластинчатые жабры в мантийной полости (у голожаберных — на спине).
- Ракообразные: Нитевидные выросты в жаберных камерах под панцирем.
- Рыбы: У хрящевых (акулы) — жаберные щели и лепестки в мешках; у костных — жаберные дуги с лепестками и тычинками, прикрытые крышками.
Дыхание в наземно-воздушной среде
Используется атмосферный кислород.
- Трахеи: Система трубочек, пронизывающая тело (насекомые, пауки). Сообщаются с средой через дыхальца.
- Легочные мешки: Складчатые органы паукообразных.
- Легкие:
- Наземные моллюски: Видоизмененная мантийная полость.
- Земноводные: Тонкостенные мешки (дополняются кожным дыханием).
- Пресмыкающиеся: Ячеистые легкие с перегородками; появление межреберных мышц для вентиляции.
- Птицы: Губчатые легкие и воздушные мешки. Характерно двойное дыхание (газообмен на вдохе и выдохе).
- Млекопитающие: Альвеолярное строение. Вентиляция за счет межреберных мышц и диафрагмы.
2. Практикум: Вопросы с кратким ответом
- Какое физическое явление лежит в основе переноса газов через мембраны? (Ответ: Пассивная диффузия)
- Назовите органы дыхания насекомых. (Ответ: Трахеи)
- Какие животные используют кожу как дополнительный или основной орган дыхания? (Ответ: Одноклеточные, кишечнополостные, некоторые черви, земноводные)
- В чем особенность «двойного дыхания» птиц? (Ответ: Кислород поступает в легкие и на вдохе, и на выдохе благодаря воздушным мешкам)
- Какую роль играет диафрагма у млекопитающих? (Ответ: Это мышца, разделяющая грудную и брюшную полости, участвующая в вентиляции легких)
- У каких рыб жабры защищены жаберными крышками? (Ответ: У костных рыб)
3. Темы для развернутых ответов (эссе)
- Эволюционный путь развития дыхательной системы позвоночных. Проследите изменения строения легких от земноводных до млекопитающих. Как менялась площадь дыхательной поверхности и механизмы вентиляции?
- Взаимосвязь среды обитания и строения органов дыхания. Сравните приспособления для дыхания водных и наземных животных. Почему выход на сушу потребовал значительного усложнения дыхательного аппарата?
- Биологическое значение воздухоносных путей. Опишите состав воздухоносных путей наземных позвоночных и проанализируйте, почему в процессе эволюции они становились длиннее, а легкие погружались глубже в тело.
4. Глоссарий важных терминов
- Альвеолы — Мелкие легочные пузырьки у млекопитающих, в которых происходит газообмен.
- Воздухоносные пути — Органы, по которым воздух поступает в легкие (носовая полость, гортань, трахея, бронхи).
- Воздушные мешки — Тонкостенные полости у птиц, обеспечивающие прохождение воздуха через легкие при полете.
- Газообмен — Процесс поступления в организм кислорода и выведения углекислого газа.
- Диафрагма — Особая мышца млекопитающих, участвующая в процессе вдоха и выдоха.
- Диффузия — Движение растворенных газов из области высокой концентрации в область низкой.
- Жаберные лепестки — Складки, пронизанные кровеносными сосудами, где происходит поглощение кислорода из воды.
- Трахеи — Система дыхательных трубочек у насекомых и паукообразных.
5. Сводная таблица «Органы дыхания животных»
Группа животных · Органы дыхания · Особенности
- Простейшие, Кишечнополостные — Поверхность тела; Специализированные органы отсутствуют
- Костные рыбы — Внутренние жабры; Имеют жаберные крышки, дуги и тычинки
- Хрящевые рыбы — Жаберные щели; Вода омывает лепестки при движении
- Насекомые — Трахеи; Система трубочек с отверстиями-дыхальцами
- Земноводные — Легкие и кожа; Тонкостенные мешки; кожа должна быть влажной
- Пресмыкающиеся — Ячеистые легкие; Появление межреберных мышц
- Птицы — Губчатые легкие; Наличие воздушных мешков; двойное дыхание
- Млекопитающие — Альвеолярные легкие; Максимальная площадь поверхности; наличие диафрагмы
Таблица понятийтермин, определение и пример в одном местепоказать целикомсвернуть
| Термин | Определение | Пример |
|---|---|---|
| Дыхание | Процесс, обеспечивающий снабжение клеток и тканей кислородом и удаление из организма углекислого газа. | Not in source |
| Газообмен | Совокупность процессов поступления в организм кислорода и выведения из него углекислого газа. | Not in source |
| Пассивная диффузия | Процесс, при котором растворённые газы движутся из области с их высокой концентрацией в область с низкой. | Перенос кислорода и углекислого газа через дыхательные поверхности |
| Жабры | Специализированные органы дыхания вод животных. | Перистые жабры морских кольчатых червей, жабры речного рака |
| Перистые жабры | Наружные жабры, образующиеся из выростов кожи и располагающиеся по обеим сторонам тела. | Морские кольчатые черви |
| Жаберные лепестки | Многочисленные складки на внутренних поверхностях жаберных мешков, пронизанные кровеносными сосудами. | Акулы |
| Трахеи | Система трубочек, пронизывающих всё тело животного и являющихся органами дыхания. | Насекомые |
| Дыхальца | Особые отверстия, связывающие трахеи с окружающей средой, через которые происходит газообмен. | Насекомые |
| Лёгочные мешки | Органы дыхания, стенки которых изнутри покрыты многочисленными складками для увеличения дыхательной поверхности. | Пауки |
| Мешковидное лёгкое | Орган дыхания, представляющий собой видоизменённую мантийную полость, стенки которой пронизаны капиллярами. | Сухопутные моллюски (улитки, слизни) |
| Лёгкие | Органы дыхания позвоночных животных, дышащих атмосферным кислородом. | Лёгкие земноводных, пресмыкающихся, птиц, млекопитающих |
| Воздухоносные пути | Органы, по которым воздух поступает в лёгкие, где происходит газообмен. | Носовая полость, гортань, трахея и бронхи |
| Воздушные мешки | Тонкостенные полости за лёгкими, располагающиеся между органами и в полых костях, обеспечивающие дыхание во время полёта. | Птицы |
| Двойное дыхание | Тип дыхания, при котором организм получает кислород и на вдохе, и на выдохе. | Птицы |
| Альвеолы | Многочисленные лёгочные пузырьки, составляющие лёгкие и обеспечивающие газообмен. | Млекопитающие |
| Диафрагма | Особая мышца, разделяющая брюшную и грудную полости тела млекопитающих и участвующая в вентиляции лёгких. | Млекопитающие |