Страница - 14

§25. Дыхание растений

Особенности дыхания растений. Растения, так же как и животные, без кислорода погибают. Но они способны прожить без него дольше, чем животные. Это происходит потому, что растения тратят меньше энергии. У них отсутствуют самые энергозатратные процессы, харак­терные для животных. Они не бегают и не прыгают, т. е. не передви­гаются.

Лишить кислорода клетки растений в природных условиях до­статочно сложно. При наличии воды и освещения они успевают син­тезировать кислород в процессе фотосинтеза. Его им с избытком хватает для дыхания, хотя даже клетки корня, находящегося в по­чве, нуждаются в кислороде. Поэтому почву нужно рыхлить, чтобы клетки корня могли дышать. Кроме того, у многих растений на корнях формирует­ся ткань, запасающая воздух. У некоторых тропических деревьев, например индийско­го баньяна, воздушные корни свешивают­ся с ветвей, достигают почвы и становятся корнями-подпорками (рис. 69). У растений, обитающих на болотах, воздушные корни ходульные (создают опору в зыбком грун­те), а также дыхательные. Они начинают расти подземно, а потом высовываются из почвы и поднимаются над землей. Это про­исходит потому, что в почве болот действи­тельно мало воздуха.

Дыхание семян и проростков. Клетки в сухих семенах находятся в состоянии покоя. Кислород расходуется ими в минимальных количествах. Но стоит им начать прорас­тать, как количество потребляемого кисло­рода невероятно возрастает. Прорастающие семена потребляют кислорода больше, чем любые другие части взрослых растений того же вида. Рассмотрим несколько эксперимен­тальных доказательств того, что прорастаю­щие семена интенсивно дышат.

Чтобы изменения стали очевидны, про­растающих семян должно быть достаточно много. Во время весеннего сева семенное зер­но часто перевозится от элеваторов (место его хранения) на поля на грузовых машинах. Если такую машину по пути застает дождь, зерно намокает и начинает прорастать. Стоит опустить в него руку, и без всяких приборов можно почувствовать, что температура по­высилась, хотя видимых признаков прорас­тания еще не заметно. Хлеборобы говорят о таком состоянии семян: «Зерно горит». Оно подлежит немедленному севу, так как если проростки проклюнутся, они могут повредиться в сеялках. В зернохранилищах постоянно измеряют темпера­туру и влажность, чтобы не допустить преждевременного прорастания зерна.

Еще один способ доказать, что сухие семена дышат, - обнаружить выделившийся в ходе их дыхания углекислый газ. Для этого прорас­тающие семена (желательно гороха) помещают в емкость, соединен­ную с резервуаром, содержащим известковую воду, которая мутнеет в присутствии углекислого газа. Следовательно, прорастающие семена выделяют углекислый газ (рис. 70).

При дыхании расходуется кислород. А без кислорода не происхо­дит процесс горения. Именно поэтому один из способов тушения огня - накинуть на пламя плотную ткань, не пропускающую воздух. А если нужно усилить горение, следует раздуть пламя, обеспечивая приток воздуха. Доказать, что сухие семена почти не потребляют кислород, а прорастающие его активно используют, можно с помощью свечи. Ее нужно опускать в закрытую емкость с семенами.

Влага необходима семенам для прорастания. В таких условиях клетки проростка способны выйти из состояния покоя. Благодаря влаге им становятся доступными запасенные в семенах органические вещества, которые переходят в растворимое состояние. Но стоит оста­вить прорастающие семена без воздуха, они тут же погибают. Чтобы убедиться в этом, проведем следующий опыт. Возьмем семена любых растений, поделим их пополам и поместим в разные сосуды. В одном из них семена кладем на вату или салфетку, смоченную водой. В дру­гом сосуде семена заливаем водой так, чтобы доступ воздуха к ним был невозможен. Через 4-5 дней станет очевидно, что семена в первой пробирке живы, их проростки развиваются. Семена же во второй про­бирке погибли без доступа воздуха (кислорода).

Знание и понимание:

1. Чем схожи и чем отличаются процессы дыхания у растений и живот­ных?
2. Каково значение воздушных корней?

Применение:

1. Объясните, почему дыхание у проростка самое интенсивное.
2. Когда и почему хлеборобы используют выражение «зерно горит».
3. Попробуйте рассказать о значении и причинах повышения температу­ры у животных и человека при движении.

Анализ:

1. Проанализируйте роль растений в процессах поглощения и выделения кислорода, углекислого газа и энергии в ходе и фотосинтеза, и дыха­ния.
2. Объясните, по каким косвенным признакам можно заметить повыше­ние интенсивности дыхания в клетках растений.

Синтез:

1. Составьте правила хранения зерна в зерновых хранилищах.
2. Объясните суть опытов, доказывающих процесс дыхания у растений.

Оценка:

1. Расскажите о необходимости кислорода для растущего проростка. Проиллюстрируйте свой рассказ примерами.
2. Оцените интенсивность дыхания разных частей растения, покоящих­ся и прорастающих семян. С чем связана его разница?

№7. Исследование дыхания растений. См. с. 237.

§26. Органы дыхания животных

Органы дыхания беспозвоночных. Насекомые - единственные бес­позвоночные животные, способные к активному полету. Этот процесс очень энергозатратный, поэтому во время полета расходуется много кислорода.

Среди всех животных, имеющих кровеносную систему, только кровь насекомых не переносит газы: кислород и углекислый газ. Это происходит потому, что кислород к клеткам тела у них доставляет система органов дыхания.

Главный орган дыхания насекомых - трахеи. Это дыхательные трубочки, сильно ветвящиеся в телах насекомых. Они представляют собой втянутые внутрь покровы тела - хитина. Трахеи служат органа­ми дыхания не только насекомых, но и пауков. Именно они были пер­выми беспозвоночными, освоившими сушу. Но у пауков эти трубочки гораздо короче и хуже ветвятся.

Особенность трахей насекомых в том, что их концы превращаются в микроскопические структуры, пронизывающие насквозь живые клетки (рис. 71). Сами трахеи видны без микроскопа.

Отверстия, через которые воздух попадает в трахеи, на­зываются дыхальцами. Они расположены по два в каждом сегменте брюшка насекомых, т. е. по одному с каждой сторо­ны. Когда насекомое сокращает мышцы брюшка, оно двигает­ся, и воздух в трахеях обновля­ется.

Если насекомое не тратит энергию, например неподвижно сидит, его дыхание замедлено. В этом состоянии микротрубоч­ки, проходящие сквозь клетки, заполняются гемолимфой. Так, пчела в состоянии покоя делает 40 дыхательных движений в минуту. По если насекомое взлетает, оно начинает тратить энергию на активное движение. В этом случае ге­молимфа из микротрубочек трахей изгоняется, и они заполняются воздухом. У пчел дыхание учащается до 120 движений в минуту. Этого хватает, чтобы обеспечить потребности организма насекомых в кислороде и энергии во время полета.

Органы дыхания позвоночных. Первыми из позвоночных живот­ных появились рыбы. Они обитают в водной среде. Для того чтобы извлекать растворенный кислород из воды, нужны особые органы дыхания - жабры. Все рыбы дышат жабрами. У разных видов рыб план строения жабр единый. Они состоят из трех частей: жаберной дуги, жаберных тычинок и жаберных лепестков (рис. 72).

Рыба, вытащенная из воды, погибает - задыхается без кислорода. Жабры не приспособлены извлекать кислород из воздуха.

От древних рыб возникли первые наземные позвоночные - земноводные (жабы, лягушки, тритоны). У них впервые появились настоящие легкие, которые образовались не из жабр, а из плавательного пузыря. Видимо, некоторые из древних рыб научились использовать его для дыхания. И сейчас есть такие виды рыб, которые могут дышать и с воде, и с помощью плавательного пузыря на воздухе. Их называют двоякодышащими.

Все наземные позвоночные дышат легкими. По у земноводных они слабо развиты, поэтому лягушки дышат и легкими, и кожей.

Самые мощные из всех позвоночных животных органы дыхания.

видимо, у птиц. Ведь только они могут свободно летать, и им хватает на это энергии. У птиц, как и у всех наземных нозвоночных, органы дыхания состоят из легких и воздухоносных путей. К ним относятся носовая и ротовая полости, гортань, трахея, бронхи. Легкие - это ор­ганы дыхания, в которых происходит газообмен: кровь освобождает­ся от углекислого газа и насыщается кислородом. Кроме того, у птиц сформировались еще и воздушные мешки. Это выросты окончаний бронхов. Они заполняют пространство между органами, находятся даже внутри крупных костей (рис. 73). Благодаря такому приспосо­блению у птиц возникает двойное дыхание. Его смысл заключается в том, что богатый кислородом воздух проходит сквозь легкие дважды: на вдохе и на выдохе. При вдохе часть воздуха проходит сквозь лег­ кие в воздушные мешки. Газообмен в них не успевает произойти. Другая часть остается в легких и отдает кислород. При выдохе отра­ботанного, насыщенного углекислым газом воздуха легкие получают воздух, который богат кислородом, из воздушных мешков. Эта эффективная система позволяет организ­му птиц получать столько кислорода, что его хватает на выработку энергии, достаточной для полета.

У воздушных мешков есть еще две полез­ные функции: они делают тело птицы более легким и охлаждают его, препятствуя перегреву. Ведь в полете вырабатывается столько энергии, что температура тела птицы может достигать 42-44°С. А количество дыхательных движений, например у голубя, может возрастать от 26 в покое до 400 в полете.

Знание и понимание:

1. Назовите главные органы дыхания водных и наземных позвоночных животных и насекомых.
2. Из каких органов состоит дыхательная система наземных позвоноч­ных? Какой из них считается главным и почему?

Применение:

1. Объясните, почему органами дыхания водных обитателей являются жабры. Каковы их функции?
2. Какие необыкновенные органы дыхания характерны для насекомых и птиц как летающих животных?

Анализ:

1. Проанализируйте роль дыхательной системы в обеспечении способно­сти к полету у птиц и насекомых.
2. Представьте себе, что органы наземного дыхания не возникли бы у животных. Как бы тогда выглядела жизнь на нашей планете?

Синтез:

1. Составьте схему эволюции органов дыхания.
2. Составьте схему прохождения воздуха по органам дыхания для любо­го наземного позвоночного животного, указав разным цветом направ­ление движения и соответствующий газ.

Оценка:

Отразите взаимосвязь эволюционного развития и функционирования дыхательной и кровеносной систем в виде схемы, таблицы или тезисов (постулатов).

Некоторые физики предполагают, что рыба, вытащенная из воды в условиях невесомости, например на космическом корабле, сможет ды­шать. Обсудите в классе аргументы «за» и «против» этой гипотезы. Каково ваше мнение?

№2. Сравнение органов дыхания беспозвоночных и позвоночных живот­ных. См. с. 238.