Дихання живих організмів
Спочатку люди називали диханням просто вдихання і видихання повітря. Довгий час вважали навіть, що людина ніяк не змінює склад повітря при диханні, і взагалі вдихає повітря, тільки щоб остудити «перегріті» легені. Щоб спростувати цю точку зору, англійський натураліст Роберт Гук провів цікавий досвід. пропонував членам Королівського товариства дихати повітрям з герметичного пакета, знову і знову вдихаючи використане повітря. Незважаючи на свою переконаність у виключно «охолоджуючої» ролі дихання, поважні академіки незабаром припиняли досвід, скаржачись на «недолік повітря».
Пізніше стало відомо, що для дихання живих організмів необхідний міститься в повітрі кисень. Для чого потрібна безперервна подача кисню? Щоб в організмі йшли процеси «повільного горіння» (або, точніше, окислення) і виділялася енергія, необхідна для життя.
Дихання відбувається в клітинах. Тому найпростіший тип дихання - клітинний. Його ми зустрічаємо у найпростіших водних організмів, наприклад, у інфузорії туфельки і амеби. Розчинений у воді кисень вони вбирають прямо з води, і туди ж виводиться вуглекислий газ. Дуже схоже, «прямо» здійснюється дихання і у деяких багатоклітинних, наприклад, у кишковопорожнинних (медуз, гідри, поліпів) і плоских хробаків.
У більш складних форм клітини, які знаходяться далеко від води, починають «задихатися». З'являється непряме дихання - дихання через особливі органи. Такі органи повинні завжди залишатися вологими, щоб вбирати кисень: у різних тварин це зябра, легені, трахеї.
Водні і наземні тварини зіткнулися з різними проблемами при диханні. У повітрі кисню досить багато - 21%. Зате необхідно постійно підтримувати вологою дихальну поверхню.
У воді дихальна поверхня пересохнути не може, зате розчиненого кисню тут міститься приблизно в 40 разів менше, ніж в повітрі. Тому, щоб не загинути від задухи, наприклад, живуть на дні морські черв'яки повинні безперервно хвилеподібно захитався. Тоді їх тіла постійно омиває свіжа вода. У акул зябра витягають з води в півтора рази менше кисню, ніж у кісткових риб, і тому вони теж повинні, щоб не задихнутися, постійно бути в русі.
У сухопутних тварин, які обрали для себе шкірний тип дихання (наприклад, у безлёгочних саламандр, значною мірою - у інших земноводних і у дощових черв'яків), шкіра, постійно виділяє слиз і вологу. «Іноді, коли дощовий черв'як намагається переповзти через кам'янистий ділянку або асфальтовану доріжку в суху сонячну погоду, - пишуть біологи
К. Віллі і В. Детье, - його органи, які виділяють слиз, виявляються не в змозі заповнити втрату вологи в результаті випаровування; шкіра стає сухою, черв'як задихається і гине ».
До речі, і людина дихає не тільки легенями, але і шкірою, хоча шкірне дихання незначно (1-2% загального обсягу дихання). У деяких ссавців, наприклад, коні, шкірне дихання має більше значення і його частка може зростати до 8%. Хоча перейти повністю на шкірний тип дихання, як це можуть робити земноводні, звірі, звичайно, нездатні. У комах тіло покрите хітиновим панциром, і шкірне дихання для них неможливо. Дихають вони абсолютно особливим способом - трахейним. Трахеї комах це мережа найтонших розгалужених трубочок, які пронизують все їхнє тіло. Майже в кожному сегменті тіла у комах є пара дихальців - отворів, що ведуть в систему трахей. Великі комахи, рухаючи м'язами черевця активно вентилюють свої трахеї. Все-таки трахейне тип дихання - не самий досконалий, і чим більше комаха, тим важче повітрю надходити в глибину його тіла. Це одна з причин, чому розміри комах мають жорстко заданий «стеля». Більшість водних тварин обрали зябровий тип дихання. Зябра - це особливі розгалужені вирости тіла - зовнішні (як, скажімо, у аксолотлів) або внутрішні (як у кісткових риб або багатьох ракоподібних). Щоб не задихнутися, таким тваринам доводиться постійно обмивати їх свіжою водою. Риби роблять це так: набирають воду в рот, а потім, закривши рот, виштовхують її через зяброві щілини. Зябра густо пронизані кровоносними судинами: кров розносить кисень по всьому тілу.
Між іншим, людина теж може дихати не тільки повітрям, але і рідиною. У дослідах ссавці без шкоди для себе годинами дихали рідким перфторвуглеців. Годиться для дихання і вода - було б у ній достатньо кисню. Слід зазначити, що зябра риб виявляються зовсім непридатним органом дихання на суші: вони швидко злипаються і їх загальна площа зменшується настільки, що рибі, незважаючи на надлишок кисню в атмосфері, починає його не вистачати.
Наземні хребетні користуються легеневим типом дихання. Вони дуже оригінально вирішили вже згадану проблему підтримки дихальної поверхні вологою. Просто розмістили її всередині свого тіла! У ряді від Дводишні риб і земноводних аж до ссавців внутрішня поверхня легень безперервно зростає. Початковий простий «мішок» дробиться на тисячі відокремлених мішечків (альвеол). В результаті у людини загальна внутрішня поверхня легень зростає до 100 кв. м.
Особливої згадки заслуговує дихальна система птахів. Чи не дивно, що, часто махаючи крилами в польоті, птиця не виявляє жодних ознак «задишки», що не задихається? Виявляється, в її тілі крім легенів є ще особливі повітряні мішки. Вони не тільки полегшують загальна вага птиці. У момент видиху повітря з цих мішків надходить в легені. Таким чином птиці дихають і на вдиху, і на видиху.
3. Значення дихання і хімізм процесу
На всіх стадіях свого розвитку людина була тісно пов'язана з навколишнім його природою. Але з тих пір як з'явилося високоіндустріальное суспільство, небезпечне втручання людини в природу різко посилилося, розширився обсяг цього втручання, воно стало висловлювати різноманітні прояви і зараз загрожує стати глобальною небезпекою для людства. Витрата невідновних видів сировини підвищується, все більше орних земель вибуває з економіки, так на них будуються міста і заводи. Людині доводиться все більше втручатися в господарство біосфери - тієї частини нашої планети, в якій існує життя. Біосфера Землі в даний час піддається наростаючому антропогенному впливу. При цьому можна виділити декілька найбільш істотних процесів, кожний з яких не поліпшує екологічну ситуацію на планеті. Найбільш масштабним і значним є хімічне забруднення середовища невластивими їй речовинами хімічної природи. Серед них - аерозольні і газоподібні забруднювачі промислово-побутового походження. Прогресує і накопичення вуглекислого газу в атмосфері. Подальший розвиток цього процесу буде підсилювати небажану тенденцію у бік підвищення середньорічної температури на планеті. Всі забруднюючі атмосферне повітря речовини в більшому або меншому ступені роблять негативний вплив на здоров'я людини.
Викликає тривогу в екологів і триваюче забруднення Світового океану нафтою і нафтопродуктами, що досягло вже 1/5 його загальної поверхні. Нафтове забруднення таких розмірів може викликати істотні порушення газо- і водообміну між гідросферою і атмосферою. Не викликає сумнівів і значення хімічного забруднення грунту пестицидами і її підвищена кислотність, що веде до розпаду екосистеми. В цілому всі розглянуті фактори, яким можна приписати забруднюючий ефект, роблять помітний вплив на процеси, що відбуваються в біосфері.