2. Дихання. Суть процесу дихання

Більшість тварин задовольняє свої енергетичні потреби шляхом окислення компонентів їжі. Деякі тварини спроможні використовувати енергію органічних речовин у відсутності кисню, проте повне окиснення цих речовин дає приблизно у 10-20 разів більше енергії, їжа тварин складається переважно з трьох груп речовин: вуглеводів, жирів і білків. Повне окиснення вуглеводів і жирів призводить до утворення тільки двох кінцевих продуктів - двоокису вуглецю і води, а під час окиснення білків, крім цих речовин, утворюється невелика кількість інших кінцевих продуктів.

Процеси поглинання кисню і виділення двоокису вуглецю називають диханням, до того ж термін може відноситися як до газообміну загалом, так і до процесів, що відбуваються у клітині. Тварини отримують кисень із середовища, у якому вони живуть, і виділяють у це середовище вуглекислий газ. Водні тварини використовують ті невеликі кількості кисню, що розчинені у воді. Багато дрібних тварин можуть одержувати достатню кількість кисню прямо через поверхню тіла, але більшість має спеціальні органи дихання - зябра, трахеї, легені.

Коли клітини використовують кисень для окиснення поживних речовин, утворюється двоокис вуглецю, що переміщується у протилежному напрямку і виходить назовні через поверхню тіла або дихальні органи. Інший кінцевий продукт окиснення - вода - просто входить у загальний водний запас організму і не створює особливих проблем.

Найважливішим, а іноді і єдиним фізичним процесом, що забезпечує переміщення кисню із зовнішнього середовища до клітин, є дифузія (тобто рух газу у вигляді розчиненої речовини у напрямку від ділянки з високою концентрацією до низької). Дифузії часто допомагають макрорухи (наприклад, циркуляція крові), але саме градієнти концентрацій створюють основну рушійну силу для переміщення газів, що беруть участь у диханні.

Фізіологічно найбільш важливими газами є кисень, двоокис вуглецю і азот. Вони присутні в атмосферному повітрі у пропорціях, зазначених у табл. 1. Крім того, атмосфера містить водяні пари у кількостях, що суттєво варіюють.

Таблиця 1

Склад сухого атмосферного повітря

Компоненти	Вміст, %
Кисень	20,95
Двоокис вуглецю	0,03
Азот	78,09
Аргон і ін.	0,93
Всього	100

2.1. Особливості дихання у водному середовищі

Дихання, або перенесення кисню з води до клітин риб, - робота життєво необхідна і складна. Порівняно з вмістом кисню у повітрі (260 мг/дм³) у воді його мало (0-14 мг/дм³). Це означає, що через газообмінні дихальні поверхні має бути пропущена велика кількість води, до того ж ефективно, оскільки вода у 800 разів щільніша за повітря. Риби мають насос із низьким тиском і великою продуктивністю, який справляється із цією задачею - ротовий апарат і зябра виконують функції поршня і клапанів. Низький тиск підтримується завдяки малому опорові току води, що проходить крізь зябра, достатньо великому роту та значним зябровим отвором.

Гази розчиняються у воді і якщо поверхня води буде контактувати із газом, частина його молекул проникатиме у воду і переходитиме у розчин. Це буде продовжуватися доти, поки не установиться рівновага, за якої в одиницю часу рівна кількість молекул газу буде входити у воду і виходити з неї. Кількість газу, що буде в цей час розчинена у воді, залежить від: 1) природи газу; 2) тиску газу у газовому середовищі; 3) температури; 4) присутності інших розчинених речовин.

Розчинність газів у воді різна, азот розчиняється у воді гірше, ніж кисень, а розчинність двоокису вуглецю приблизно у 30 разів вища, ніж кисню і у 60 разів вища, ніж азоту.

Кількість газу, розчиненого в певному об'ємі води, залежить від тиску газу. Якщо цей тиск збільшити вдвічі, кількість розчиненого газу збільшується у два рази. Розчинність газових сумішей залежить від парціального тиску кожного газу, що знаходиться у газовій суміші. Гази розчиняються відповідно до свого парціального тиску у газовому середовищі незалежно від присутності інших газів.

Розчинність газів зменшується зі збільшенням температури. Як приклад у табл. 2 наведено дані розчинності кисню за різних температур.

Таблиця 2