Легкие как орган дыхания появляется в связи с
§39. Органы дыхания и газообмен
Подробное решение параграф 39 по биологии для учащихся 7 класса, авторов В. В. Латюшин, В. А. Шапкин 2014
Что такое газообмен?
Газообмен – совокупность процессов обмена газов между организмом и окружающей средой; состоит в потреблении кислорода и выделении углекислого газа с незначительными количествами газообразных продуктов и паров воды.
У каких животных впервые появляются органы дыхания?
Впервые органы дыхания появляются у морских кольчатых червей.
Вопросы
1. Какие изменения в систему органов дыхания принес выход животных на сушу?
Земноводные – первые животные, вышедшие на сушу, у которых развились органы атмосферного дыхания – легкие (из выпячивания кишечной трубки). В связи с примитивностью строения (легкие представляют собой мешки с тонкими ячеистыми стенками), количество кислорода, поступающего через легкие, удовлетворяет потребность в нем организма только на 30-40%, поэтому в дыхании принимает участие и кожа, содержащая многочисленные кровеносные капилляры (кожно-легочное дыхание).
У рептилий в связи с окончательным выходом на сушу происходит дальнейшее усложнение дыхательной системы: Кожное дыхание исчезает, а дыхательная поверхность легочных мешков увеличивается, благодаря появлению большого количества разветвленных перегородок, в которых проходят кровеносные капилляры.
У птиц в строении органов дыхания появляется ряд особенностей. Легкие у них имеют многочисленные перегородки с сетью кровеносных капилляров. От трахеи идет бронхиальное дерево, заканчивающееся бронхиолами. Часть главных и вторичных бронхов выходит за пределы легких и образует шейные, грудные и брюшные пары воздушных мешков, а также проникает в кости, делая их пневматичными. Во время полета кровь насыщается кислородом и на акте вдоха и на акте выдоха (двойное дыхание).
Млекопитающие имеют легкие альвеолярного строения, благодаря чему их поверхность в 50-100 раз больше поверхности тела. Бронхи древовидно разветвлены и заканчиваются тонкостенными бронхиолами с гроздьями альвеол, густо оплетенных кровеносными капиллярами. Хорошо развиты гортань и трахея.
Таким образом, основное направление эволюции дыхательной системы заключается в увеличении дыхательной поверхности, усложнении строения воздухоносных, путей и их обособлении от респираторных.
2. Почему легочное дыхание на суше перспективнее жаберного?
С выходом на сушу связано ускорение активности животных. С таких условиях жабры, как органы дыхания, не могли обеспечить потребности организма в кислороде. У наземных животных на смену жабрам пришли легкие, которые лучше снабжали организм животного кислородом.
3. В связи с чем возникла необходимость транспорта кислорода к клеткам тела, расположенным внутри организма?
Необходимость транспорта кислорода к клеткам тела, расположенным внутри организма, возникла в связи с увеличением размеров живых организмов.
4. Какие особенности строения кожных покровов у рептилий делают невозможным их участие в дыхании?
Покровы рептилий представлены роговой чешуей или щитками. Такие плотные покровы препятствуют газообмену.
5. Можно ли утверждать, что двойное дыхание предохраняет организм от перегрева?
При полете частота дыхания птиц увеличивается в 15 и более раз. В такой ситуации двойное дыхание предохраняет организм от перегрева.
Легкие как орган дыхания
- Легкие как орган дыхания
- Как выглядят легкие здорового человека
- Как работают легкие человека
Самый древний орган дыхания – жабры, извлекающие кислород из воды. Но уже у древних примитивных рыб на переднем конце пищеварительного тракта возник вырост, из которого сформировался воздушный мешок. У одних рыб он трансформировался в плавательный пузырь, у других – в дополнительный орган дыхания. Такой орган имел значение для двоякодышащих рыб, обитающих в периодически пересыхающих водоемах – это позволило им получать кислород из воздуха, передавая его через стенки воздушного пузыря и кровеносных сосудов в кровь.
Впервые в эволюционной истории настоящие легкие появляются у тритонов и других примитивных амфибий в виде простых воздушных мешков, покрытых капиллярами – это уже парный орган. У лягушек и жаб поверхность легочных мешков увеличена за счет внутренних складок.
Чем более высокое положение на эволюционной лестнице занимает животное, тем больше разделены его легкие на внутренние полости. Благодаря этому увеличивается площадь поверхности, через которую происходит газообмен между легкими и кровью.
Легкие человека представляют собой парный орган, расположенный в грудной клетке. Наружная поверхность легких непосредственно прилегает к ребрам, а с внутренней стороны расположен корень легкого, в состав которого входят бронхи, легочная артерия, легочные вены и легочные нервы.
Правое легкое несколько крупнее левого и делится на три доли – верхнюю, среднюю и нижнюю, а левое – на верхнюю и нижнюю. Каждая доля подразделяется на сегменты – участки в форме неправильного усеченного конуса. В центре сегмента располагается сегментарный бронх и ветвь легочной артерии, а в перегородках между сегментами, образованными соединительной тканью, находятся вены.
Сегменты состоят из пирамидальных долек, внутри которых бронхи ветвятся на бронхиолы, на концах которых находятся ацинусы – комплексы еще более мелких бронхиол. Эти альвеолярные бронихолы образуют альвеолярные ходы, на стенках которых расположены альвеолы, мельчайшие структурные единицы легких.
Альвеолы представляют собой полусферические пузырьки, открытые в просветы альвеолярных ходов. Именно в них осуществляется функция дыхания в виде газообмена между атмосферным воздухом, поступающим в легкие, и кровью, которая проходит через капилляры, пронизывающие легкие. Газообмен осуществляется по законам диффузии благодаря разнице в парциальном давлении кислорода и углекислого газа в альвеолярном воздухе и в крови: кровь насыщается кислородом, а альвеолярный воздух – углекислым газом.
Поступление атмосферного воздуха в легкие происходит под воздействием атмосферного давления, когда давление в самих легких снижается. Это происходит благодаря расширению их объема при вдохе. При выдохе же объем легких уменьшается, выталкивая воздух. Это называется вентиляцией легких. Дыхательные движения осуществляются посредством реберных мышц и диафрагмы – мышечной перегородки, отделяющей грудную полость от брюшной.
Эволюция дыхательной системы
Происхождение и функции дыхательной системы.
Дыхательная система животных организмов имеет энтодермальное происхождение, так как по происхождению она связана с пищеварительной системой. Функцией органов дыхания является газообмен между конкретным организмом и окружающей средой.
Эволюция дыхательной системы в ряду беспозвоночных животных.
У низших беспозвоночных животных (кишечнополостные, плоские и круглые черви) специальные органы дыхания отсутствуют, газообмен между такими организмами и окружающей средой осуществляется через всю поверхность тела, то есть диффузно. У эндопаразитов вышеперечисленных животных (это в первую очередь относится к червям) дыхание происходит с помощью анаэробного брожения, то есть гликолиза.
Впервые дыхательная система появляется у морских кольчатых червей – пескожила и нереиды, у которых на спинных ветвях параподий расположены примитивные жабры. Кроме того, у кольчатых червей газообмен происходит через богатую кровеносными сосудами кожу.
У млекопитающих и моллюсков строение органов дыхания зависит от условий их обитания: у водных форм – это жабры, способные использовать растворённый в воде кислород; у наземных – лёгкие и трахеи, приспособленные к использованию кислорода воздуха.
Так у ракообразных имеются жабры, которые расположены на ножках и ногочелюстях под боковыми складками головогрудного щита, где постоянно омываются водой.
Дыхательная система паукообразных представлена либо листовидными лёгкими, либо трахеями. Те и другие открывается наружу особыми отверстиями – стигмами на боковых частях члеников. В лёгочных мешках расположены многочисленные листовые складки, в которых проходят кровеносные капилляры. Лёгкие паукообразных гомологичны жабрам ракообразных. Трахеи представляют собой систему разветвленных трубочек, которые подходят непосредственно ко всем органам, где и совершается тканевой обмен.
У насекомых дыхание осуществляется с помощью трахей.
У многих членистоногих, имеющих тонкий хитиновый покров и относительно большую поверхность тела, наблюдается и диффузное дыхание.
У моллюсков в основном органами дыхания являются жабры за исключением наземных моллюсков, например, некоторых брюхоногих, которые утратили жабры, а их мантийная полость превратилась в легкое.
У многих беспозвоночных животных имеются приспособления, увеличивающие, дыхательную поверхность в виде местных специализированных органов дыхания.
Эволюция дыхательной системы у хордовых животных.
Дыхательная система всех хордовых животных и по происхождению, и топографически связана с кишечником, то есть с энтодермой.
У водных хордовых функцию дыхания выполняют жаберные щели, пронизывающие передний отдел кишечной трубки-глотки. У наземных хордовых жаберные щели закрываются во время эмбрионального развития, а затем исчезают. Функцию дыхания выполняют легкие, образующиеся из выпячивания кишечной трубки.
Эволюция жаберного аппарата у хордовых выражалось в уменьшении числа жаберных щелей при одновременном увеличении дыхательной поверхности путём образования жаберных лепестков.
Эволюция лёгких шла в направлении обособления дыхательных путей и увеличения дыхательной поверхности путем образования легких губчатого строения со сложной системой разветвления внутриклеточных бронхов, заканчивающихся пузырьками с ячеистыми клетками.
Наиболее примитивна дыхательная система у ланцетника, относящегося к низшим хордовым (подтип Бесчерепные). Передний отдел кишечника (стенка глотки) прободен жаберными щелями (до150 пар), которые открываются в артериальную (околожаберную) полость.
У круглоротых (подтип Позвоночные) органами дыхания являются также жаберные щели, но их уже меньше (5-15 пар). Они сообщаются с передним отделом кишечника и открываются наружу самостоятельными отверстьями.
Настоящие жабры появляются среди хордовых у рыб. Они представляют собой тонкие складки слизистой оболочки глотки, лежащие на жаберных дугах и снабжаемые венозной кровью через жаберные артерии, распадающиеся здесь на капилляры. У рыб имеется 4-7 (чаще5) жаберных мешков между жаберными дужками. Тычинки, расположенные на выпуклой поверхности жаберных дужек, препятствуют попаданию пищи из глотки в жабры.
Помимо жабр у рыб имеются добавочные органы дыхания, позволяющие им использовать кислород воздуха. Таким органом у рыб является плавательный пузырь. Стенки его богаты кровеносными сосудами, поэтому у некоторых зарывающихся в ил рыб он может служить для газообмена. Плавательный пузырь у большинства рыб развивается из дорзальных участков глотки и не является гомологом легких. Только у кистеперых рыб плавательный пузырь образуется как выпячивание вентральной части глотки и служит гомологом легких наземных животных, так как легкие позвоночных развиваются из брюшной части жаберного мешка.
У двоякодышащих рыб лёгкие есть, а плавательный пузырь отсутствует.
У личинок амфибий, как и у рыб, органы дыхания представлены древовидноветвящимися наружными жабрами. У большинства взрослых амфибий появляются лёгкие в виде тонкостенных парных выростов брюшной глотки позади последнего жаберного мешка. В связи с отсутствием грудной клетки и диафрагмы воздух в них попадает из ротовой полости за счет глотательных движений, осуществляющихся подбородочно-подъязычной мышцей. Материал жаберных дуг, следующий за подъязычной дугой, частично входит в состав хрящей гортани, которая появляется впервые у земноводных, являясь первым органом, относящимся к нижним дыхательным путям. Лёгкие начинаются непосредственно от гортани. Они крупноячеисты и имеют малую дыхательную поверхность, в связи с чем газообмен в большей степени осуществляется через кожные покровы, которые пронизаны большим количеством кровеносных капилляров и снабжены слизистыми железами.
У рептилий дыхательная система усложняется. Легкие у них уже мелко – ячеистые, они содержат многочисленные ячеистые перекладины и обладают большой дыхательной поверхностью. В дыхательных путях в связи с окончательным выходом рептилий на сушу наблюдается прогресс: выделяются верхние дыхательные пути, хотя и не окончательно отграниченные от ротовой полости – это носовая полость, а нижние – гортань, трахея и бронхи. Впервые появляется диафрагма, которая в дыхании принимает пассивное участие. Она либо частично разделяет грудную и брюшную полость, либо лишена мышечных волокон.
Механизм дыхания осуществляется за счет сокращения межреберных мышц, приводящих в движение грудную клетку.
У птиц легкие представляют собой плотно-губчатые тела пронизанные разветвлениями бронхов, а не мешки, как у рептилий. Кроме того, они дополняются в качестве резервуара для воздуха тонкостенными воздушными мешками. Последние располагаются между всеми воздушными органами, между мышцами, в полости кости и под костью.
При подъеме крыльев воздушные мешки через легкие наполняются воздухом, при опускании крыльев воздух через легкие выходит наружу. Таким образом, во время полета у птиц осуществляется двойное дыхание. Во время покоя птица дышит лишь путем расширения и сужения грудной клетки.
В нижней гортани помещается голосовой аппарат, обладающий сложной мускулатурой.
Органы дыхания у всех млекопитающих характеризуются сложностью как легких, имеющих альвеолярное строение, так и дыхательных путей. Идет дальнейшее по сравнению с предыдущими классами позвоночных животных разветвление бронхиального дерева. Трахея делиться на бронхи, которые ветвятся на бронхи второго, третьего и четвертого порядков и до самих мелких – бронхиол, на разветвлениях которых находятся альвеолы, легочные пузырьки имеющие в сумке огромную площадь(около 90см в квадрате), в которых происходит газообмен. Основная мышца, играющая важнейшую роль в акте дыхания, является диафрагма. Дыхательные пути млекопитающих выстланы мерцательным эпителием и полностью отделены от пищеварительной системы.
Аномалии и пороки развития дыхательной системы у человека.
1. В эмбриогенезе человека отражается первоначальная связь пищеварительной и дыхательной систем. В связи с этим становится понятным появление у человека большой группы врожденных пороков развития пищевода и трахеи типа эзофаготрахеальных свищей (« жаберных щелей »).
2. Дизонтогенетические бронхолегочные кисты – округлая полоса в легких, отграниченная от окружающей ткани примитивно построенной стенкой недифференцированного бронха. Эти аномалии могут быть объяснены нарушением альвеолярной дифференцировки легочной ткани.
3. Кистозная гипоплазия – недоразвитие легкого. При этой патологии недоразвитыми оказываются целые доли легкого, которые представляют собой многочисленные полости, связанные с крупными бронхами и имеющие малую поверхность. Газообмен в таких участках легкого резко ослаблен.
4. Гипоплазия диафрагмы – недоразвитие диафрагмы от небольших дефектов в ее куполе до полной аплазии. Данная аномалия несовместима с жизнью и встречается чаще вместе с другими множественными пороками развития.
Источники:
http://resheba.me/gdz/biologija/7-klass/latiushin/39
http://www.kakprosto.ru/kak-890695-legkie-kak-organ-dyhaniya
http://studopedia.ru/10_160349_evolyutsiya-dihatelnoy-sistemi.html
