1. Роль кислорода в жизни растений и животных. Респираторные условия в основных средах жизни. Приспособления организмов к различным респираторным условиям.

Роль: Абсолютное большинство живых организмов получают энергию благодаря аэробному окислению органических веществ. Этот путь более выгоден энергетически. Он связан с закономерными процессами газообмена: постоянным притоком О2 и выносом СО2, образующегося в результате окисления органических веществ. При такой системе энергетического обеспечения жизнедеятельности организмов кислород приобретает роль важнейшего экологического фактора.

Газообмен в водной среде: Первичноводные животные и погруженные растения используют для дыхания кислород, растворенный в воде. Содержание кислорода в природных водоемах-10-11 мл/л. Его небольшое количество предъявляет требования к конструкции органов внешнего дыхания. Они должны быть представлены структурами с большой дыхательной поверхностью, которая по всей полноте должна контактировать с окружающей водой.

Эволюция, направленная на повышение уровня метаболизма, связана с активизацией газообмена. Это связано с использованием течений, что ускоряет газообмен и с появлением приспособлений, активно прогоняющих воду через дыхательный аппарат. У всех рыб жаберный аппарат устроен так, что вода активно прокачивается сквозь систему жаберных лепестков, на поверхности которых происходит газообмен. Извлечение О2 из воды в жабрах рыб усиливается благодаря принципу противотока, благодаря чему отходящая от жабр кровь имеет тот же уровень насыщения О2 , что и поступающая в жабры вода.

У видов, обитающих в условиях дефицита О2, отмечается удлинение жаберных лепестков, увеличение числа вторичных жаберных пластинок и, как результат, возрастание суммарной дыхательной поверхности. На снижение кислорода в воде рыбы реагируют компенсаторным увеличением частоты дыхательных движений и увеличением объема пропускаемой воды через жабры. Адаптивная гипервентиляция жабр часто сопровождается замедлением сердечного ритма. Это отражает снижение уровня метаболизма и потребности в О2. Участие дыхательных пигментов резко усиливает общую кислородную емкость крови. Высокое сродство гемоглобина к О2. В условиях регулярного дефицита О2 у рыб формируются приспособления для использования атмосферного воздуха. Для воздушного дыхания используются: слизистая оболочка ротовой и околожаберных полостей, которая снабжена густой сетью капилляров; различные отделы пищеварительного тракта; плавательный пузырь, в стенке которого хорошо сформированная система сосудов; кожа; на базе выростов кишечника могут формироваться настоящие легкие, обеспеченные специальным кровоснабжением, идущем от 1-ой пары жаберных артерий.

Обитатели воздушной среды не лимитированы количеством О2 в составе воздуха: О2 составляет в нем 20, 95%. Фактор, лимитирующий газообмен в воздушной среде- сухость воздуха. Морфологический принцип газообмена в воздушной среде- поверхность газообмена размещается внутри тела и не граничит с окружающим воздухом. Пути, связывающие органы дыхания с окружающим воздухом снабжены слизистым эпителием, что способствует увлажнению воздуха. Пути интенсификации газообмена связаны с увеличением дыхательной поверхности и с активизацией вентиляции легких. Начиная с рептилий, прослеживается линия эволюции на повышение эффективности воздушного дыхания. Мощность дыхательных движений определяется формированием грудной клетки, активные изменения ее объема формируют энергичные движения вдоха и выдоха и эффективную вентиляцию легких. У млекопитающих легкие имеют альвеолярное строение. Альвеолы, оплетенные кровеносными капиллярами, представляют собой структурную единицу газообмена, определяют увеличение дыхательной поверхности. Легкие птиц состоят из системы воздухоносных трубочек-парабронхов, сообщающихся через мезобронхи с воздушными мешками.

Приспособления к гипоксии. Накопление в норах, дуплах, под толщей снега СО2 ведет к снижению парциального давления О2 и к затруднению газообмена. Адаптации: увеличение сродства гемоглобина к кислороду, сниженный уровень метаболизма. Высотные адаптации: неспецифическая реакция повышения тканевой устойчивости к гипоксии, усиление анаэробного гликолиза, позволяющего осуществлять энергетические процессы при недостаточном количестве О2; механизм учащения дыхания и сердцебиения, увеличение числа эритроцитов путем мобилизации их из кровяных депо, увеличение количества тканевого дыхательного пигмента миоглобина, к-ый обладает большим сродством к кислороду.

Для большинства растений мин концентрация О2 в почвенной влаге- 1-2 мг/л. Высокая устойчивость к дефициту О2 у гидрофитов, к-ая объясняется толерантностью на тканевом уровне и тем, что нехватка О2 компенсируется передачей его в корни из надземных частей растения по воздухоносной с-ме.