Дихання первинноводних тварин

Первинноводні тварини життя проводять у воді і дихають усією поверхнею тіла або зябрами. Дрібні водні тварини здійснюють газообмін шляхом дифузії і не мають спеціальних органів дихання. Великі і складніше організовані тварини мають органи дихання і кровоносну систему для конвекційного транспорту газів.

Типовим органом дихання у водному середовищі є зябра, дихальна поверхня яких вивернена назовні, у вигляді випинання У риб зябра вторинно заховані у порожнину, яка забезпечує їхній захист і оновлення води біля зябрових пелюсток. У зябрових пелюстках відбувається газообмін між водою і кров'ю у міру того, як вода тече між пелюстками в одному напрямку, а кров у них - в протилежному. Якби вода була нерухомою, суміжні з зябровими пелюстками її шари швидко стали б бідними на О₂. Переміщення води над дихальною поверхнею зябер називають їхньою вентиляцією. Костисті риби переганяють воду через зябра за рахунок комбінованої дії ротової порожнини і зябрових кришок. Вода надходить у ротову порожнину, звідти через зяброві щілини у глотці - до зябер. У зябрах відбувається поглинання з води О₂ і віддача СО₂, після чого вода виходить з-під шбрових кришок. Ротова і зяброва порожнини функціонують за принципом насосів. Об'єм ротової порожнини може збільшуватися за рахунок опускання нижньої щелепи і дна рота, а зябрової порожнини - за рахунок рухів зябрових кришок. Зворотному руху води запобігають клапани. Проходячи зябра, вода втрачає 90 % О₂, що розглядають як високий ступінь поглинання кров'ю О₂ (у ссавців кров поглинає тільки 25 % О₂, який надходить у легені).

Не всі риби мають такий спосіб дихання. Відомо, що тунці виживають у неволі, якщо позбавлені можливості безперервно плавати. Вони швидко плавають з відкритим ротом, не здійснюють дихальних рухів, але вода безперервно тече через зябра.

Цей спосіб вентиляції зябер називають таранним. Таранна вентиляція властива й іншим рибам, які при малих швидкостях плавання (до 1 м/с) активно прокачують воду через зябра.

Риби здатні прочищати зябра, змінюючи напрям течії води на протилежний. Для цього вони змикають губи і розширюють ротову порожнину. Цей акт аналогічний кашлю ссавців.

Дихання повітрям

Найбільш успішна і широкомасштабна адаптація до наземного життя і повітряною дихання відбулась у членистоногих і хребетних.

Дихання у повітрі мало певні переваги над диханням у воді. Перш за все зумовлено це різницею вмісту О₂ у воді і повітрі, Так, літр води містить тільки 7 мл О₂, а літр повітря - 210 мл О₂ . Тому для отримання кисню водні тварини мусять пропускати через зябра величезну масу води. З огляду на це вода через зябра перемішується тільки в одному напрямку. Крім того, вода має більшу в'язкість, ніж повітря, що потребує більшої роботи для її перекачування. Ще одна перевац дихання повітрям полягає у тому, що швидкість дифузії О₂ у повітрі приблизно у 10 000 раз вища, ніж у воді. Атмосфера забезпечує високу і постійну концентрацію кисню, який доступний для використання. Легка доступність кисню повітря сприяє високій інтенсивності метаболізму та ускладненню структурної фізіологічної організації наземних тварин. Повітря має низьку теплопровідність, що дає змогу теплокровним тваринам підтримувати значну різницю між температурою тіла і середовищем.

У тварин, які дихають повітрям, є три типи органів дихання: зябра, легені і трахеї.

Зябра, як орган водяного дихання, використовуються длі повітряного дихання небагатьма тваринами, що недавно перешли до наземного життя. Так, сухопутні краби мають досить тверді зябра для дихання повітрям.

Типовим органом повітряного дихання є легені, дихальна поверхня яких утворила впинання у середину тіла. Розрізняють два типи легень: дифузійні і вентиляційні. У дифузійних легенях обмін повітрям з атмосферою здійснюється тільки шляхом дифузії. Такі легені наявні у легеневих молюсків, павуків, скорпіонів.

Легені хребетних вентилюються у процесі активного прокачування повітря. Вентиляція легень у них здійснюється двома способами: 1) за принципом нагнітального насоса (амфібії); 2) за принципом всмоктувального насоса (рептилії, птахи, ссавці). Жаба спочатку набирає повітря у ротову порожнину, потім шкриває рот і ніздрі, піднімає дно ротової порожнини і витісняє повітря у легені. Вона може кілька разів підряд набирати нові порції повітря і роздуватись.

Щоб здійснювався принцип всмоктувального насоса, необхідна замкнута грудна клітка (рептилії, птахи, ссавці), у якій тиск під час вдиху має бути менший, ніж в атмосфері. У ссавців, у тому числі і пірнаючих (дельфіни, кити), об'єм легень становить близько 6 % об'єму тіла незалежно від маси тварини.

Деякі характерні особливості мають органи повітряного дихання птахів. У них невеликі компактні легені, які сполучаються з об'ємними тонкостінними повітряними мішками, розміщеними між внутрішніми органами і розгалуженими навіть у кістки черепа і кінцівок. Повітряні мішки служать для полегшення тіла і відіграють роль під час дихання в польоті (на землі шахи дихають за участю грудної клітки): коли крила піднімаються, мішки розтягуються і наповнюються через легені повітрям. При опусканні крил мішки стискаються і повітря через легені виходить назовні. У повітряних мішках збагачення крові писнем не відбувається, а тільки в легенях.