Водные организмы дышат растворенным в воде кислородом, за исключением вторичноводных животных, сохранивших в большинстве случаев воздушный способ, дыхания.
Некоторые организмы дышат всей поверхностью тела (кожное дыхание), другие при помощи специальных выростов, носящих название кровяных и трахейных жабр.
Кожное дыхание встречается у большого числа водных животных, к числу которых относятся простейшие, кишечнополостные, губки, некоторые черви (ресничные и малощетинковые черви), некоторые ракообразные (веслоногие раки), некоторые моллюски (часть голожаберных моллюсков, крылоногие моллюски) и некоторые представители других групп. У части ветвистоусых раков (Роlyphmidae и Leptodora) для дыхания служит так называемый головной щит, отличающийся по строению от остальных покровов и хорошо прокрашивающийся при применении прижизненной окраски.
Кровяные жабры имеют вид тонкостенных выростов, внутри которых находится сильно разветвленная капиллярная сеть кровеносных сосудов или кровяная плазма. Кровяные жабры водных организмов, в противоположность органам дыхания наземных животных, представляют собою наружные выросты, приспособленные к получению кислорода из окружающей воды; они могут располагаться на различных участках тела. Кровяными жабрами обладают многощетинковые черви, большинство ракообразных и моллюсков, водные личинки некоторых насекомых, иглокожие, асцидии и рыбы.
Трахейные жабры, свойственные водным личинкам большого числа насекомых из отрядов поденок, стрекоз, веснянок, большекрылых, ручейников и двукрылых, имеют вид тонкостенных простых или ветвящихся выростов, расположенных на самых различных частях тела и содержащих тонкие трахейные стволы или сильно ветвящуюся сеть трахейных капилляров. Внутри трахейных жабр находится газообразный кислород, диффундирующий из окружающей воды через тонкие покровы жабр.
Почти все вторичноводные организмы дышат атмосферным воздухом, за исключением личинок насекомых, обладающих трахеннымн жабрами или перешедших к кожному дыханию. Млекопитающие для вентиляции своих органов дыхания периодически поднимаются к поверхности воды, то же делают водные насекомые— жуки и клопы, а также водные личинки многих двукрылых насекомых.
Еще интересные статьи
Дыхание водных животных
Дыханием называется процесс поглощения кислорода (О 2) из среды и выделение углекислого газа (СО 2). Различают следующие виды водного дыхания:
– газообмен через всю поверхность тела – губки, мшанки, пиявки, круглые черви;
– жаберное (жабры – органы с выпяченной наружу дыхательной поверхностью и густой сетью кровеносных сосудов, кислород из воды поступает через тонкие покровы и стенки сосудов в кровь) – головастики лягушек, личинки тритонов, жаберные моллюски, раки;
– трахейное (трахеи – система воздушных трубочек, пронизывающих все ткани насекомых; кислород из воды проникает через тонкую кутикулу, далее в трахею и по ним доставляется ко всем тканям организма) – личинки стрекоз, поденок, ручейников, вислокрылок.
Схема газообмена в жабрах (слева) и трахеях.
Внутренние жабры (1) у перловицы и наружные жабры (2) у рачка бранхипуса, головастика и личинки тритона.
Различные типы водного трахейного дыхания: 1) замкнутая, без дыхалец и дополнительных выпячиваний трахейная система – многие мелкие насекомые: 2) с наружными дополнительными жаберными листками – личинки поденок; 3) трахейные жабры в полости прямой кишки, газообмен происходит при наборе и выталкивании воды для реактивного движения – личинки стрекоз.
Воздушное дыхание:
– легочное (легкие – полость, образованная углублением дыхательной поверхности, пронизанной капиллярами). У легочных моллюсков (прудовик, катушка) – в виде простого мешковидного углубления, у взрослых лягушек, тритонов – более сложной разветвленной структуры;
– трахейное – трахеи заполняются воздухом при прорыве поверхностной пленки воды дыхальцевой трубочкой на заднем конце тела (личинки комаров, водяной скорпион, личинка иловой мухи); у жуков-плавунцов дыхальца открываются в замкнутое пространство под крыльями, куда втягивается запас воздуха;
Разновидности воздушного дыхания: набирающий воздух жук-плавунец; прудовик, ползущий по нижней стороне поверхностной пленки воды с открытым входом в дыхательную полость; личинка жука-плавунца и водяной скорпион, выставившие дыхальцевые трубки; личинки мухи львинки и комара, подвешенные к поверхностной пленке воды во время дыхания.
– диффузионная жабра – пузырек воздуха на брюшке, в который открыты дыхальца, по мере расхода кислорода в пузырек некоторое время дополнительно поступает кислород из воды за счет разницы давлений газов (гладыш);
– пластрон – часть поверхности тела, покрытая водоотталкивающими волосками, удерживающими воздух; волоски препятствуют контакту воздуха с водой, поэтому прослойка воздуха не уменьшается, и кислород из воды проникает в нее неограниченно долгое время (водяной клоп, водолюбы); пластрон – часть поверхности тела, покрытая водоотталкивающими волосками, удерживающими воздух; волоски препятствуют контакту воздуха с водой, поэтому прослойка воздуха не уменьшается, и кислород из воды проникает в нее неограниченно долгое время (водяной клоп, водолюбы);
– внутренний запас кислорода – некоторые водные клопы имеют в брюшке крупные клетки с гемоглобином, в которых создается долгосрочный запас кислорода, расходуемого под водой.
Из книги Большая Советская Энциклопедия (ПЛ) автора БСЭ Из книги Большая Советская Энциклопедия (ФО) автора БСЭ Из книги Подготовка разведчика [Система спецназа ГРУ] автора Тарас Анатолий Ефимович Из книги Справочник кроссвордиста автора Колосова СветланаЧемпионы водных пространств 3 Уэб, Мэтью – капитан, Англия, заплыв через Ла-Манш.Сюэ, Хань – Китай, 50 м, брасс, Германия, Гельзенкирхен.4 Отто, Кристин – ГДР, пловчиха: 6 олимпийских наград.Спиц, Марк – США, пловец: 11 олимпийских наград.5 Попов, Александр – Россия, плавание: 50,
Из книги Странности нашего тела – 2 автора Джуан СтивенТеория водных обезьян Эта очень противоречивая теория гласит, что люди вышли из водной среды и утратили волосяной покров по той же причине, что киты, дельфины и ламантины. Сохранять в воде тепло помогает слой подкожного жира, а не волосы9.Стоит ли говорить, что каждая из
Из книги Основы безопасности дорожного движения автора Коноплянко ВладимирПреодоление водных преград Переезд реки вброд начинают прежде всего с обследования дна, определения глубины, твердости грунта, выявления ям и больших камней. Признаками брода могут быть: дороги и тропинки, подходящие к реке с обеих сторон; местное расширение реки на ее
Из книги Обитатели водоемов автора Ласуков Роман ЮрьевичДвижения водных животных Плавание: – с помощью плавников на заднем конце тела – тритоны, личинки стрекоз, поденок, жуков;– с помощью волнообразных движений тела – черви;– с помощью конечностей – водные жуки и клопы, лягушки;– с помощью водяного выстрела – личинки
Из книги Учебник выживания войсковых разведчиков [Боевой опыт] автора Ардашев Алексей НиколаевичРазмножение водных животных – Половое размножение, продуктами которого является икра в студенистой оболочке (тритоны, лягушки, моллюски, ручейники, комары-дергуны) или яйца разнообразной формы, откладываемые на различные предметы и части растений как в воду, так и вне
Из книги Базовая подготовка спецназа [Экстремальное выживание] автора Ардашев Алексей НиколаевичСообщества водных животных Каждый вид животных выбирает для жизни подходящее ему место обитания (биотоп, микростацию), к условиям которого он наиболее приспособлен. Можно выделить характерные, однородные по факторам биотопы, в которых образуются устойчивые видовые
Из книги Автономное выживание в экстремальных условиях и автономная медицина автора Молодан Игорь Из книги автора Из книги автора3.7. Преодоление водных преград 3.7.1. Переправа вброд Основным условием форсирования реки является выбор места брода. Для переправы вброд выбирается такое место, где река разделяется на несколько рукавов. Переходить ее нужно в самом широком месте ниже поворота реки или
Из книги автораПреодоление водных преград Переправа вброд Для переправы вброд выбирается такое место, где река разделяется на несколько рукавов. Переходить ее нужно в самом широком месте ниже поворота реки или ниже по течению с островом между рукавами. Максимальную глубину брода в
Водные животные обитают в среде, бедной кислородом и обладающей высокой теплопроводностью. Чтобы дышать и не погибнуть от чрезмерных потерь тепла, они выработали целый ряд приспособлений.
Жизнь трески нелегка. Кислорода в воде мало: в воздухе его содержится 21%, в воде не более 0,7%, а если она теплая или очень соленая, и того меньше. Чтобы получить необходимые несколько граммов кислорода, рыбе ежедневно приходится прогонять через жабры 10 м³ воды. Тритонам и другим амфибиям для этого достаточно каждый день пропускать через свои легкие лишь несколько литров воздуха.
Подводное дыхание
Вода — гораздо более плотная и вязкая среда, чем воздух, и пропускать ее через жабры не так просто. Животные, дышащие под водой, тратят при газообмене на 10-20% больше энергии, чем те, которые дышат атмосферным воздухом. Очень маленькие организмы, например микроскопические планктонные животные, дышат всей поверхностью тела - за счет диффузии кислорода через покровы. Организмы, чьи размеры превышают 1 мм, вынуждены использовать для дыхания различные приспособления. Так, тело губок насквозь пронизано сложной системой каналов, через которые они прогоняют воду во внутреннюю полость. Большинство морских животных — моллюсков, червей, рыб — дышат под водой с помощью особых органов газообмена - жабр. Они представляют собой своего рода фильтр с мельчайшей сеткой для процеживания воды.
Чем выше потребности организма в энергии, тем больше площадь поверхности жабр, через которые поглощается кислород. Жабры насквозь пронизаны капиллярами. Через тонкие стенки этих мельчайших сосудов кислород проникает в кровь, которая разносит его по всему телу. Двустворчатые моллюски прогоняют воду через жабры с помощью колебаний ресничек, ракообразные — двигая конечностями, а большинство рыб — открывая и закрывая жаберные крышки.
Водно-солевой обмен
Рассмотрим систему из двух сообщающихся сосудов, заполненных водой. Если в один добавить растворимое в воде вещество, его концентрация в обоих сосудах вскоре будет одинакова. Растворенные вещества всегда диффундируют (переносятся) оттуда, где их больше, туда, где их меньше. В жидкостях, содержащихся в теле живых существ, также растворены различные вещества, в том числе соли. У мидий, кольчатых червей, морских звезд, морских ежей и некоторых других беспозвоночных концентрация веществ в жидкостях организма совпадает с солевым составом водной среды. Однако большинство животных не смогло бы выжить, если бы их внутренняя среда имела такой же состав, что и внешняя. В организме пресноводных животных концентрация солей должна быть выше, чем в воде, а у морских - меньше. Чтобы не погибнуть, все водные организмы вынуждены регулировать процессы водно-солевого обмена - осуществлять так называемую осморегуляцию.
У пресноводных рыб внутренняя среда более соленая, чем внешняя, и пресная вода легко проникает в тело. Чтобы удалить ее избыток, рыбы выделяют большое количество сильно разбавленной мочи. Например, карп задерживает соли в почках, поэтому в его моче их очень мало. Кроме того, рыбы поглощают соли из воды с помощью жабр, а также получают с пищей. У морских животных ситуация обратная. Чтобы не страдать от обезвоживания в соленой среде, они пьют много морской воды, опресняют ее и выводят из организма небольшое количество мочи с высокой концентрацией солей. Так ведет себя, например, треска. Но главный «опреснительный аппарат» находится у рыб в жабрах: особые клетки поглощают соли из крови и вместе со слизью выводят их наружу.
Терморегуляция
Теплопроводность воды намного выше, чем воздуха, поэтому большинство водных животных не способны регулировать температуру своего тела. Температура тела трески примерно 11 °С - как у воды, в которой живет эта рыба. Лишь немногие рыбы, например тунцы, способны поддерживать в мышцах и головном мозге более высокую температуру, чем снаружи. Чтобы развивать скорость, мышцам рыб нужна высокая температура — в этом случае они сокращаются быстрее. При этом температура других органов у тунцов остается такой же, что и температура окружающей среды.
Проблемы обогрева
Все млекопитающие, в том числе и морские, - теплокровные животные: они способны поддерживать температуру тела на постоянном уровне. В водной среде им приходится тратить на это немало энергии. Их спасают толстый слой подкожного жира, который препятствует охлаждению внутренних органов, и крупные размеры. При увеличении размеров тела отношение площади поверхности к объему уменьшается, поэтому более крупные животные теряют через покровы меньше тепла. На поддержание постоянной температуры каждого кубометра тела огромные киты тратят гораздо меньше энергии, чем дельфины.
Жизнь в полумраке
В чистой, прозрачной морской воде на глубину 1 м проникает 40% света, а на глубину 40 м - только 1,5%. Несмотря на недостаток света, у большинства морских организмов сохранилось прекрасное зрение. Зоркие глаза позволяют многим из них, например рыбам и головоногим моллюскам, различать предметы даже на огромной глубине. Глаза головоногих моллюсков - каракатиц, осьминогов, кальмаров — по своему строению напоминают глаза млекопитающих. Остроту зрения обеспечивает высокая плотность фоточувствительных элементов в сетчатке: на 1 мм2 сетчатки у осьминога их около 64 тыс., у каракатицы — 105 тыс., у кальмара - 162 тыс. (для сравнения: у кошки 400 тыс.).
У некоторых глубоководных кальмаров глаза асимметричные: левый в 4 раза больше правого. По мнению ряда ученых, с помощью крупного глаза животные вглядываются в темные морские пучины, а маленького — в светлые верхние слои воды. И наконец, на плавниках некоторых кальмаров сидят миниатюрные «термолокаторы», способные воспринимать инфракрасные (тепловые) лучи и помогающие этим морским хищникам ориентироваться и охотиться в темноте.
Морские организмы нередко обладают острым нюхом, способны улавливать колебания воды, ощущать незначительные изменения давления и даже воспринимать электромагнитные поля. Из всех морских животных наиболее разнообразными органами чувств наделены, вероятно, акулы и дельфины.
Опасное погружение
Для млекопитающего ныряние на большую глубину - дело рискованное. С увеличением глубины повышается давление запасенного в легких воздуха, и кровь постепенно насыщается кислородом и азотом. А при высоком содержании в крови эти газы становятся токсичны. Кроме того, при быстром подъеме к поверхности азот может образовывать пузырьки (подобно тому, как пузырится газировка в открываемой бутылке) и вызвать закупорку сосудов. У людей это явление называется кессонной болезнью.
У китов и тюленей выработались особые приспособления, позволяющие эффективно использовать под водой запасы воздуха в легких. Сердце у них бьется медленнее, чем у наземных животных сравнимых размеров, что снижает потребности организма в кислороде. Их кровь богаче гемоглобином, поэтому связывает больше кислорода. Некоторые другие анатомические и физиологические приспособления предотвращают образование азотных пузырьков в крови при всплытии и позволяют животным выдерживать такой уровень азота в крови, который был бы смертелен для наземных животных, или ограничивать его поступление в кровь, например за счет накопления в органах. У тюленей Уэдделла азот накапливается в бронхах, благодаря чему снижается его поступление в кровь и на большой глубине он не оказывает токсического действия на ткани тюленя. В результате тюлени Уэдделла способны нырять на глубину 500 м и задерживать дыхание под водой на 70 минут. Кашалоты ныряют на глубину до 2200 м и могут находиться под водой еще дольше, чем тюлени Уэдделла! Кашалоту в этом помогают громадные размеры тела: по сравнению с тюленем он теряет меньше тепла, а значит, использует меньше кислорода.
Примитивные жабры есть у . У большинства высших эти расположены на боковых стенках тела и верхних отделах грудных ног. Водные личинки насекомых имеют трахейные жабры, представляющие собой тонкостенные выросты на разных частях тела, в которых имеется сеть трахей.
Из иглокожих жабры имеют морские звезды и морские ежи. Все первичноводные хордовые животные (рыбы) имеют ряды парных отверстий (жаберные щели), расположенные в глотке. У кишечнодышащих (подвижных донных животных), оболочников (мелких морских животных с мешковидным телом, покрытым оболочкой) и бесчерепных (особая группа беспозвоночных животных) газообмен производится во время прохождения воды сквозь жаберные щели.
Как животные дышат жабрами
Жабры состоят из листочков (нитей), внутри них находится сеть кровеносных сосудов. Кровь в них отделена от внешней среды очень тонкой кожей, при этом создаются нужные условия для обмена между газами, растворенными в воде, и кровью. Жаберные щели у рыб разделены дугами, от которых отходят жаберные перегородки. У некоторых костных и хрящевых видов лепестки жабр расположены на наружной стороне дуг в два ряда. Активно плавающие рыбы имеют жабры с гораздо большей поверхностью, чем малоподвижные водные животные.
У многих беспозвоночных, молодых головастиков эти органы дыхания находятся на внешней стороне тела. У рыб и высших ракообразных они спрятаны под защитные приспособления. Часто жабры расположены в особых полостях тела, они могут быть прикрыты специальными складками кожи или кожистыми крышками (жаберными крышечками) для защиты от повреждений.
Жабры также выполняют функцию кровеносной системы.
Движение жаберной крышки при дыхании производится одновременно с движением (открыванием и закрыванием) рта. При дыхании рыба открывает рот, втягивает внутрь воду и закрывает рот. Вода воздействует на органы дыхания, проходит через них и выходит наружу. Кислород поглощается капиллярами кровеносных сосудов, расположенными в жабрах, а использованный углекислый газ выходит через них в воду.
