Страница - 12

§ 21. Продукты выделения живых организмов

Цель изучения этой темы, установить связь между средой обитания и конеч­ными продуктами обмена веществ у различных организмов.

Назовите органы выделения известных вам классов и типов животных. Что такое почки накопления, или жировые тела? Для каких групп животных они характерны? Какие два основных продукта окончательного распада белков выделяются с мочой у человека? Можно ли выделить среди них главный? Для чего выделяется пот? Существует ли взаимосвязь между количеством выде­лившегося пота и мочи?

• Что нужно повторить для успешного изучения темы? § 31 - учебник для 7 класса; § 28 - учебник для 8 класса.

Конечные продукты разложения азотсодержащих органических ве­ществ: аммиак, мочевина, мочевая кислота. Все эти содержащие азот ве­щества отличаются по своим химическим и физическим свойствам. Так, например, мочевая кислота, формула которой C₅H₄N₅О₃ (рис. 30), - это кристаллическое твердое вещество.

Мочевина и аммиак жидкости. Формула мочевины CH₄N₂O (рис. 30).

Аммиак (его раствор - нашатырный спирт) - это жидкость с харак­терным резким запахом и относительно простой формулой: NH₃. Он очень ядовит, хорошо растворим в воде и легко проникает через любую поверх­ность, соприкасающуюся с водой. Поэтому аммиак является конечным продуктом обмена у животных, которым не нужно экономить воду.

 Вышеназванные соединения - это так называемые основные продукты азотисто­го обмена. То есть существуют отдельные группы животных, которые выделяют иные азотистые вещества. Так, все паукообразные выделяют азотсодержащее пуриновое основание - гуанин C₅H₅N₅O (рис. 30). Как вы помните, гуанин вхо­дит в состав ДНК всех живых организмов, но, кроме того, у пауков он является еще и конечным продуктом азотистого (белкового) обмена веществ. Как видите,

гуанин более всего схож с мочевой кислотой (большое количество атомов азота и цикличность формул).

Если животные ограничены в воде, то, для того чтобы аммиак не на­капливался в их тканях, он преобразуется в значительно менее токсич­ное соединение - мочевину.

Зависимость продуктов выделения от окружающей среды. Продукт выделения находится в прямой зависимости от того, как организм жи­вотного снабжается водой. Мочевая кислота при нормальных услови­ях - это белые кристаллы, слабо растворимые в воде. Она является про­дуктом выделения, характерным для организмов, экономящих влагу. То есть ее выделяют существа, которые постоянно испытывают недостаток жидкости. Можно фигурально сказать, что такие организмы постоянно хотят пить. Кто же это? В первую очередь это наземные насекомые. Дело в том, что они не только испытывают недостаток влаги, особенно обитатели пустынь, но и не имеют возможности испарения жидкости с потом через кожу. Ведь находящийся на поверхности тела хитиновый покров делает это невозможным! Другая группа организмов, выделяю­щих мочевую кислоту, - пресмыкающиеся. В основном это обитатели засушливых и теплых мест. Их кожа, покрытая роговыми чешуйками (щитками - у крокодилов, панцирем - у черепах), препятствует выделе­нию жидкости е потом, экономит воду.

У животных, обитающих в океане, вода по законам диффузии все время стремится выйти из организма, покинуть его, чтобы разбавить находящуюся вокруг более соленую окружающую среду. Такие организ­мы как бы все время хотят пить и пьют, но вынуждены опреснять воду внутри своего организма, избавляясь от соли. Продуктом их выделения может быть концентрированная моча в небольших количествах. Так акулы выделяют не только через почки мочу, но и через жабры - соли. Па поверхности жабр акул можно обнаружить их кристаллики, еще не смытые океанической водой. Поэтому необходимо понимать, что, кроме продуктов азотистого обмена, в процессе выделения животные долж­ны приспосабливаться и к выделению солей, поддерживая постоянный состав их ионов и в целом электролитов в организме.

Птицы также выделяют почти твердую, концентрированную мочу. Но разве все птицы живут в засушливой среде и мало пьют? Мы знаем мно­жество видов птиц, которые гнездятся у пресных водоемов (гуси, утки, фламинго, цапли, пеликаны и т. д.). В чем же дело? Здесь, скорее всего, главную роль сыграло уменьшение веса в связи с приспособленностью к полету. Как вы помните, птицы лишены мочевого пузыря, чтобы не под­нимать с собой в воздух лишний груз. Поэтому и объемы образующейся в организме мочи у них не должны быть большими. Сделать это проще всего, если выделять концентрированную, почти кристаллическую мочу. Так, при каждом взлете у птиц сбрасывается лишний балласт. Это из ор­ганизма удаляются продукты выделения (моча) и непереваренные остат­ки пищи в виде общей кашицы, накапливающиеся в клоаке.

Как видно из формулы, самым разбавленным из продуктов выделе­ния является аммиак. Он характерен для большинства пресноводных организмов. Если в океане жидкость выделяется из организмов, чтобы разбавить окружающую ее соль, то в пресных водоемах наоборот. По законам диффузии пресная вода, напротив, стремится попасть в тело, чтобы разбавить более соленую внутреннюю жидкую среду организ­ма (кровь, лимфу, тканевую жидкость). Поэтому продуктом выделения большинства пресноводных обитателей является аммиак. Биологи, почти шутя, говорят, что лягушки никогда не пьют воду. Имеется в виду, что лягушки целенаправленно не глотают воду ртом, так как впитывают ее через кожу, всей поверхностью тела.

Подытоживая сказанное, можно изобразить зависимость типа про­дукта выделения - экскрета от окружающей среды следующим образом (табл. 4):

Однако данные, представленные в табл. 4, несколько обобщенные, на практике все выглядит сложнее. Каждая группа живых организмов, ныне обитающая на Земле, прошла длительный путь эволюционного развития, приспосабливаясь к определенной среде обитания. Так группа костных рыб имеет два продукта выделения - аммиак и мочевину. Виды, обитающие в пресной воде, выделяют аммиак, обитатели морей и океанов - мочевину (иногда триметиламиноксид (CH₃)₃ NO), чтобы избавиться от лишней соли.

Следует помнить, что каждый вид организмов стремился освоить те условия, при которых не будет напряженной конкуренции с другими обитателями тех же территорий. В то же время одни и те же органы выделения формируются и сохра­няются внутри крупных таксонов - классов или типов животных. В результате мно­гие виды приспособились к тому, чтобы их личинки развивались в одной среде, а взрослые особи - в другой. Также у многих видов сформировались дополнитель­ные органы для выделения излишних солей и экскретов или, напротив, экономии воды и электролитов (солей). Поэтому представленные в табл. 4 сведения носят обобщенный характер и не учитывают конкретный вид организмов и конкретную стадию их жизненного цикла.

Знание и понимание

1. Объясните, почему продукты азотистого обмена одинаковы у организ­мов, обитающих в сходных условиях окружающей среды.
2. Опишите виды азотистых экскретов и дайте характеристику их свойств, значимых для организма.

Применение

1. Определите связь между средой обитания, систематической группой организмов и продуктом азотистого обмена.
2. Назовите причины, по которым именно аммиак характерен для жид­кой. неконцентрированной мочи, а мочевая кислота самой плотной (твердой), т. е. концентрированной.

Анализ

1. Изобразите в виде схемы организмы, их среду обитания, процесс по­ступления и выделения воды, тип экскрета и органы выделения.
2. Докажите на примерах, что среда обитания, особенности организма (строение покровов, выделительных органов, тип пищи, доступность влаги, способность к полету) определяют конечный продукт азотисто­го обмена веществ. Пауки и скорпионы выделяют гуанин. Опираясь на структурную формулу гуанина и мочевой кислоты и зная образ жизни и среду обитания этих членистоногих, объясните, противоре­чит ли это явление обиден тенденции.

Синтез

1. Порассуждайте, будет ли меняться продукт выделения у взрослых особей и стадии личинки проходных рыб, пустынной жабы, стре­козы.
2. Обсудите и оцените задание по предмету «Познание мира», исполь­зованное на ПГК в 2012 году: «Какое животное пьет ногой?». Среди вариантов ответа: собака, кошка, обезьяна, лягушка, улитка. Мож­но ли перефразировать задание и сказать >пъет кожей*7 Учитывая, что самые крупные части тела лягушки это задние конечности, уместна ли использованная формулировка? Ответ аргументируйте.

Оценка

1. Напишите реферат, отразив в нем следующие понятия: пойкилоос- мотические и гомойосмотические животные, гиперосмотические и гипоосмотические животные, хлоридные клетки жабр акул, соле­вые или клоачные железы пресмыкающихся и птиц, носовые железы непьющих ящериц, жировые тела насекомых и паукообразных.

Оцените значение следующих явлений:

Организм человека может выделять разбавленную (гипотониче­скую) мочу при избытке воды и концентрированную (гипертони­ческую) при обезвоживании. Главные механизмы регуляции этого обеспечиваются нейрогуморально.

У единственных средн млекопитающих верблюдов продуктом выделения является мочевая кислота.

Птичий помет ценное азотсодержащие удобрение, но даже неболь­шое его превышение в почве может вызвать гибель растений.

Кенгуровая крыса, предположительно, может всю жизнь обхо­диться без воды, но, в отличие от пустынных ящериц, тоже спо­собных на это, она питается не листьями верблюжьей колючки, а сухим зерном.

Глава 8. КООРДИНАЦИЯ И РЕГУЛЯЦИЯ

§ 22. Типы и функции нейронов, синапсы н медиаторы

Цель изучения этой темы: установить взаимосвязь между строением нервной клетки и функцией нервной клетки; анализировать функции нервной ткани и ее структурный компонентов.

Что такое нейрон? Из каких частей он состоит? Куда передают импульс дендриты и аксоны, каково их количество, цвет и отличия в строении? Что такое нейроглия и для чего она нужна? Какова связь между частями нейрона и серым и белым веществом мозга? Какие типы нейронов входят в состав рефлекторной дуги?

Что нужно повторить для успешного изучения темы? § 36, 40 - учебник для 7 класса; § 2 и 43 - учебник для 8 класса.

Функции нервной ткани. Нейроны — основные клетки нервной ткани. Вспомогательные клетки - нейроглия, или глия, или глиальные клет­ки (звездчатые, или клетки-спутницы). Их намного больше. Глиальные клетки защищают, поддерживают и питают нейроны. Без глиальных клеток нейроны не смогли бы функционировать.

Нейроны способны реагировать на воздействие, вырабатывая нервный импульс (слабый электрический ток, или биологический потенциал). Они также способны передавать нервный импульс (проводимость).

Строение нейрона. Каждый нейрон состоит из тела и отростков. Ко­роткие ветвящиеся отростки - дендриты. Их может быть один или не­сколько. Они не имеют отдельной жировой оболочки. На концах этих сильно коротких отростков есть специальные рецепторные мембраны, благодаря которым возбуждение быстро передается в тело клетки. То есть нервный импульс по дендритам проводится к телу клетки.

Один длинный отросток - аксон. Значительная часть аксона заключе­на в оболочку из жироподобного вещества - миелина. По аксону импульс передается от тела клетки-нейрона на другую клетку (нейрон, миоцит или клетку железистого эпителия).

Дендриты и тела нейронов составляют серое вещество мозга, а аксо­ны - белое вещество.

Способность клеток отвечать на воздействие изменениями называ­ется возбудим ос тью. Возбудимые ткани: нервная - выработка импуль­са; мышечная - сокращение; железистый эпителий - секреция (синтез) и выделение каких-либо веществ (например, слюны).

Синапсы и медиаторы. Окончания нейронов - аксоны связываются с другими клетками не беспо­рядочно, а через специальные структуры -синапсы. Синапс (греч, синапсис — «соединение, связь») — это образование, служащее для передачи нервного импульса между возбудимыми клетками.

По типу клеток, с которыми осуществляется связь, синапсы бывают трех видов. Если синапс (связь) образуется на месте контакта одного нейро­на с другим нейроном (рис. 31) - это нейрон-нейрон ный синапс. Если нейрон связывается с клеткой мышцы - это нейронно-мышечный синапс. Если же нейрон связывается с клетками железистого эпителия (рис. 32), то это нейронно-железистый синапс. Итак, в зависимости от типа взаимодей­ствующих клеток синапсы бывают межнейронны­ми. мышечными и секреторными.

Через синапсы передается нервный импульс (информация) в виде слабого электрического тока - биологического потенциала. Если удалить синапс, то нейрон, как бы сильно он ни был возбужден, не сможет передать нервный импульс соседней клетке через любой другой вид межклеточных кон­тактов.

Передача сигналов через синапс осуществляется с помощью медиаторов (лаг. медиатор - "посред­ник*"). Это специфические вещества, которые, воз­действуя на клетку через синапс, вызывают изме­нения заряда ее мембраны и изменение состояния клетки в целом. Например, механизм мышечного сокращения, как результат воздействия медиатора, будет рассмотрен подробнее в курсе 10 класса.

По функциональному значению синапсы мо­гут быть возбуждающими и тормозными. Причем именно тип медиатора является основным отличи­ем, обеспечивающим противоположные функции возбуждающих и тормозных синапсов.

Большинство нейронов образует тысячи си­напсов. Один аксон может контактировать через синапсы с десятками других нейронов.

Типы нейронов могут отличаться в зависимости от различных фак­торов. Чаще всего это особенности функций, выполняемых в составе рефлекторной дуги, и количество отростков у нейронов. Рассмотрим для начала уже известную вам классификацию нейронов по выполняемым функциям: в составе рефлекторной дуги выделяют три типа нейронов: чувствительные, двигательные и вставочные.

О классификации типов нейронов в зависимости от особенностей строе­ния оболочки аксона речь пойдет в следующем параграфе.

Знание и понимание

1. Объясните, для чего нужны дендриты и аксоны.
2. Опишите два вида клеток, входящих в состав нервной ткани, их строе­ние, количество п функций.

Применение

1. В какой части нейрона находятся структуры, обеспечивающие его жизнь: ядро, рибосомы, митохондрии, ЭПС, комплекс Гольджи, цито­плазма? Какова их роль?
2. Сравните дендриты и аксоны, использовав все перечисленные при­знаки: строение, функции, наличие синапсов, рецепторных мембран, миелиновой оболочки, серого и белого вещества, нервов и нервных узлов.

Анализ

1. Проанализируйте рисунки (А и Б). Определите, к каким типам клас­сификации они относятся.

2. Изобразите в виде схемы различные типы классификации нейронов, например, так:

Синтез

1. Дайте общее описание функционирования нервной ткани и различных структур, входящих в ее состав.

Оценка

1. Оцените эволюционное значение формирования изученных элементов: нейронов и их компонентов, глиальных клеток и нейронов; чувстви­тельных. вставочных и двигательных нейронов.
2. Напишите реферат о процессе формирования нервных элементов у раз­личных групп животных в процессе эволюции.

Моделирование № 2. Изучение нервной ткани.

 1. На рисунке показаны компоненты, входящие в состав нервной ткани.

2. Проанализируйте и укажите роль каждого компонента нервной ткани (его другие названия, кроме указанных на рисунке) и функции от­дельных компонентов, заполнив таблицу.

Компонент	Его иное название	Функции
Нейрон
Клетки-спутницы
Кровеносный сосуд (мель­чайший)

3. Рассмотрите рисунок. Назовите видимые вами структурные компоненты нервной ткани, зарисуйте и обозначьте их.