- Разное

Дыхательная система у рыб доклад 4 класс: дыхательная система у рыб — материал для проекта в 4 классе

Содержание

дыхательная система у рыб — материал для проекта в 4 классе

Поскольку есть два отдельных класса рыб, хрящевые и костные, в докладе про дыхание мы будем говорить отдельно про каждый.

Как дышат хрящевые рыбы

Самая известная рыба этого класса — акула. Строение её тела имеет ряд особенностей, что влияет на дыхание. По бокам тела, в передней части есть жаберные щели, обычно их от пяти до семи пар. Между ними расположены, широкие жаберные пластины, в которых и происходит обмен кислорода с углекислым газом. Заглатывая воду ртом, акула сильно расширяет глотку, вода омывает жаберные пластины и затем через жабры выходит. Благодаря тому, что эти пластины довольно широкие, организму для полноценного дыхания достаточно кислорода, который при этом процессе орган забирает (отфильтровывает) из воды. Жаберных крышек у хрящевых рыб нет. За их глазами есть рудименты (зачатки) жаберных крышек. Их называют брызгальцами, через них в глотку вода может поступать при вдохе вода.

Скаты

тоже относятся к хрящевым рыбам. Жаберные щели у них находятся только на брюшной стороне. Вода при дыхании через брызгальца попадает к жаберным пластинам.

Дыхательная система у костных рыб

Самое главное здесь отличие в дыхании костный рыб в том, что у них есть жаберные крышки, которые прикрывают жабры, и обеспечивают ток воды через них. В эти крышках есть костные пластинки, поэтому они оказывают дополнительную защиту.

В передней части пищевода — глотке, имеются отверстия — жаберные щели, через которые протекает вода. Между ними есть жаберные дужки, которых насчитывают четыре пары. Жабры имеют также жаберные лепестки, а в них есть жаберные пластинки — они увеличивают полезную поверхность для газообмена.

В них множество капилляров, через которые газ попадают в кровь.

Полость от жабр до жаберных крышек называют жаберной. В случае когда рыба делает очередной глоток воды, она открывает рот, а жаберные крышки плотно прилегают к телу, закрывая щель. Та вода, что осталась, омывает жабры. Обратим внимание, что газообмен происходит после выдоха, при наборе воды для вдоха. Потом рот закрывается, и вода по глотке проталкивается к жабрам. Когда делается выдох, оба отверстия (входное и выходное) в пищеводе закрываются. Затем вода, что была, через жаберные щели из жаберной полости удаляется наружу. Таким образом, рот и жаберные крышки, находятся в постоянном в движении. В этом и заключает процесс дыхания и насыщения кислородом организма рыбы.

Концы жаберных лепестков перекрываются задними частями, что приводит к задержке воды. Ток крови в них противоположен течению воды. Эти две особенности создают оптимальные условия для газообмена в жабрах. Поскольку в крови концентрация кислорода гораздо меньше, чем в воде, он диффундирует из воды в кровь (перемещается из большей концентрации в меньшую).

Рыба не может обеспечить себя кислородом на суше. Она гибнет от его нехватки, хотя в атмосфере этого газа гораздо больше.

Объясняется это явление тем, что без воды у рыб разрушаются маленькие элементы жабр, т.к. они не приспособлены к получению кислорода из воздуха, так же как лёгкие человека не могут получать его из воды.


Если это сообщение тебе пригодилось, буда рада видеть тебя в группе ВКонтакте. А ещё — спасибо, если ты нажмёшь на одну из кнопочек «лайков»:

Вы можете оставить комментарий к докладу.

Дыхательная система рыб.Дыхательная система рыб строение фото

Дыхательная система рыб имеет основной орган — жабры, которые обеспечивают газообмен.

 

Они расположены по обе стороны рта животного.

 

Представляют собой расположенные на костях головы жаберные лепестки с мельчайшими кровеносными сосудами.

 

 

Рыбами принято называть большую группу водных животных, имеющих позвоночник. Они живут в пресных и соленых водоемах. Их встречают в высокогорных ручьях и в океанских глубинах по всему миру.

 

Рыбы умело приспосабливаются к самым разным условиям их обитания. Подтверждением тому служит их дыхательная система, обеспечивающая жизнедеятельность таких животных в самых сложных обстоятельствах. Большинство из них после развития из эмбриона дышат с помощью жабр.

 

Некоторые, кроме того, могут пользоваться другими способами дыхания. Одни могут аккумулировать в организме влажный воздух, другие могут непосредственно дышать воздухом. Значение рыб как важного элемента в системе питания человека и других животных трудно переоценить.

 

Благодаря ним функционирует рыбопромысловая промышленность и рыбоперерабатывающие предприятия.

 

 

Когда рыба находится в состоянии личинки, роль органа дыхания выполняет оплетенный сетью капилляров желточный мешок. Позже в системе дыхания используются плавниковые кровеносные сосуды. Иногда — расположенные снаружи личиночные жабры.

 

У взрослых рыб жабры расположены в называемых жаберными щелями отверстиях. Они позволяют глотке животного сообщаться с окружающей его водной средой. Сформировались жабры в качестве органа рыбного дыхания преимущественно из выпуклостей глоточных стенок.

 

 

 

дыхательная система рыб фото

 

Костные рыбы имеют специальные крышки на теле, именуемые жаберными. Они попеременно открываются и закрываются, обеспечивая омывание дыхательного органа при поступлении воды через рот. Таким образом он активно вентилируется при помощи своеобразного жаберного насоса.

 

Хрящевые рыбы вроде скатов или акул имеют перегородки на жаберных щелях. Это позволяет специальными отверстиями открывать жабры для пропускания воды. Жаберные лепестки на стенках этих перегородок покрывает плотная сеть капилляров. В процессе дыхания рыбы получение нею кислорода и вывод из организма других газов происходит с помощью этих кровеносных сосудов.

 

Жабры помимо дыхания выполняют другие важные функции. Через них выделяется углекислый газ, прочие вещества, появляющиеся в результате обмена веществ, такие как мочевина и аммиак. Они также помогают водно-солевому обмену. У многих рыб на них расположены рецепторы вкуса. Если в водоеме содержание кислорода невелико, у некоторых рыб, живущих в иле или лабиринтах, образуются специальные наросты в виде гроздей или покрытых слизистой оболочкой пластинок.

 

 

  • свыше 31 тысячи видов позвоночных, живущих на Земле, а это больше половины считаются рыбами
  • в древности у костных рыб появились лёгкие, что давало им возможность дышать воздухом и осваивать сушу
  • рыбы живут в водоемах на высоте свыше шести километров над уровнем моря и на глубине более одиннадцати километров в океане
  • у некоторых рыб функцию дополнительного дыхательного органа выполняет соединенный с кишечником плавательный пузырь
  • вьюны и им подобные рыбы заглатывают пузырьки воздуха и подпитываются ними через кишечник.

 

 

Нормально функционирующая дыхательная система рыб обеспечивает развитие их популяций. Это позитивно сказывается на экологии и пищевом балансе человека и животных. Поэтому недопустимо загрязнение воды в водоемах, нарушение нормального тока рек, браконьерство. Негативно влияет на нее потепление климата, обезвоживание рек и морей.

«Дыхательная система у рыб» — начальные классы, презентации

Вода- уникальная среда обитания для живых существ. Каждая рыба приспособлена жить в своем водоеме (пресном или соленом). Большое значение для жизни рыб имеет освещенность воды, температура и какие организмы живут в воде.

Рыбы постоянно заглатывают воду. Из ротовой полости вода проходит через жаберные щели..

Просмотр содержимого документа
«»Дыхательная система у рыб»»

Отгадайте загадку Есть голова, да нет волос Есть глаза, да нет бровей Перья есть, да не летает В холода не зябнет и жары не боится.

В современной фауне около 20-22 тысяч видов рыб.

Различают по форме, величине и образу жизни.

Китовая акула до 20 метров длинной, а вес 15-20 тон.

Белуга 5,5 метров в длину, а вес до 1,5 тонны.

Филиппинский бычок 1,5 сантиметра.

Морская собачка 1,2 сантиметра.

Где живут рыбы?

Вставка рисунка

Вода- уникальная среда для обитания живых существ. Каждая рыба приспособлена жить в своём водоёме(пресном или солёном). Большое значение для жизни рыб имеет освещённость воды, температура, как проникают звуки, какие организмы живут в воде.

Рыбы живут в ручьях, прудах, озёрах, реках, морях, океанах. Как же дышат рыбы? Ведь вода более плотная среда, чем воздух.

Дыхательная система у рыб.

Рыбы постоянно заглатывают воду. Из ротовой полости вода проходит через жаберные щели, омывает жабры и из-под жаберных крышек выходит наружу. Жабры состоят из жаберных дуг и тонких лепестков, пронизанных мельчайшими капиллярами. Из воды в кровь поступает кислород, а из крови в воду удаляется углекислый газ.

К дополнительным приспособлениям, помогающим переносить неблагоприятные кислородные условия, относится водное кожное дыхание, то есть использование растворённого в воде кислорода при помощи кожи.

Воздушное дыхание- использование, воздуха при помощи плавательного пузыря, кишечника через специальные добавочные органы.

1 – выпячивание в ротовой полости, 2 – наджаберный орган, 3, 4, 5 – отделы плавательного пузыря,

6 – выпячивание в желудке, 7 – участок поглощения кислорода в кишечнике, 8 – жабры

Вывод: Вода-среда обитания рыб. Друзья, не загрязняйте водоёмы!!!

Органы дыхания рыб. Дыхательная система у рыб Дыхательная система рыб презентация

Поскольку есть два отдельных класса рыб, хрящевые и костные, в докладе про дыхание мы будем говорить отдельно про каждый.

Как дышат хрящевые рыбы

Самая известная рыба этого класса — . Строение её тела имеет ряд особенностей, что влияет на дыхание. По бокам тела, в передней части есть жаберные щели, обычно их от пяти до семи пар. Между ними расположены, широкие жаберные пластины, в которых и происходит обмен кислорода с углекислым газом. Заглатывая воду ртом, акула сильно расширяет глотку, вода омывает жаберные пластины и затем через жабры выходит. Благодаря тому, что эти пластины довольно широкие, организму для полноценного дыхания достаточно кислорода, который при этом процессе орган забирает (отфильтровывает) из воды. Жаберных крышек у хрящевых рыб нет. За их глазами есть рудименты (зачатки) жаберных крышек. Их называют брызгальцами, через них в глотку вода может поступать при вдохе вода.

Скаты тоже относятся к хрящевым рыбам. Жаберные щели у них находятся только на брюшной стороне. Вода при дыхании через брызгальца попадает к жаберным пластинам.

Дыхательная система у костных рыб

Самое главное здесь отличие в дыхании костный рыб в том, что у них есть жаберные крышки, которые прикрывают жабры, и обеспечивают ток воды через них. В эти крышках есть костные пластинки, поэтому они оказывают дополнительную защиту.

В передней части пищевода — глотке, имеются отверстия — жаберные щели, через которые протекает вода. Между ними есть жаберные дужки, которых насчитывают четыре пары. Жабры имеют также жаберные лепестки, а в них есть жаберные пластинки — они увеличивают полезную поверхность для газообмена. В них множество капилляров, через которые газ попадают в кровь.

Полость от жабр до жаберных крышек называют жаберной. В случае когда рыба делает очередной глоток воды, она открывает рот, а жаберные крышки плотно прилегают к телу, закрывая щель. Та вода, что осталась, омывает жабры. Обратим внимание, что газообмен происходит после выдоха, при наборе воды для вдоха. Потом рот закрывается, и вода по глотке проталкивается к жабрам. Когда делается выдох, оба отверстия (входное и выходное) в пищеводе закрываются. Затем вода, что была, через жаберные щели из жаберной полости удаляется наружу. Таким образом, рот и жаберные крышки, находятся в постоянном в движении. В этом и заключает процесс дыхания и насыщения кислородом организма рыбы.

Концы жаберных лепестков перекрываются задними частями, что приводит к задержке воды. Ток крови в них противоположен течению воды. Эти две особенности создают оптимальные условия для газообмена в жабрах. Поскольку в крови концентрация кислорода гораздо меньше, чем в воде, он диффундирует из воды в кровь (перемещается из большей концентрации в меньшую).

Рыба не может обеспечить себя кислородом на суше. Она гибнет от его нехватки, хотя в атмосфере этого газа гораздо больше.

Объясняется это явление тем, что без воды у рыб разрушаются маленькие элементы жабр, т.к. они не приспособлены к получению кислорода из воздуха, так же как лёгкие человека не могут получать его из воды.

Если это сообщение тебе пригодилось, буда рада видеть тебя

Краткая аннотация проекта

Сотни тысяч лет назад, задолго до появления на Земле человека, в океанах уже плавали рыбы. В то время они были самыми высокоразвитыми созданиями.

С тех пор они стали развиваться самыми различными путями, так что сейчас только некоторые виды лишь отдаленно напоминают первых примитивных океанских рыб.

Большинство рыб используют свой хвост как мотор. При его помощи и плавников они управляют своими движениями. Кроме одного вида рыб, все остальные дышат при помощи жабер. Рыба заглатывает ртом воду, которая проходит через жабры и выливается через специальное отверстие. В воде тоже содержится кислород, и он через жабры попадает в кровь рыбы, как воздух через легкие в кровь человека.

В загрязненной воде рыбы пытаются всплыть к поверхности и вдохнуть воздух, но их жабры не приспособлены к усвоению кислорода из воздуха.

Причиной того, что рыбы имеют темную окраску сверху и светлую снизу, является то, что это помогает им защититься от своих врагов, которые, смотря сверху, видят темный цвет, сливающийся с водой реки или океана. Глядя снизу, кажется, что это светлая поверхность воды. Существует более 20 тысяч рыб, и трудно вообразить, сколько неповторимого есть в жизни каждой!

Дошкольный возраст – начальный этап становления человеческой личности. В этот период закладываются основы личностной культуры. Ребенок в этот период учится правильно относиться к объектам природы, к вещам, материалам природного происхождения, которыми он пользуется. Многие дети совсем не знают и не различают рыб, часто встречающихся в водоёмах (реках, озерах). В рамках проекта дети рассматривают иллюстрации, целенаправленно наблюдают за рыбками в аквариуме, читают про птиц рыбок, рассказы, загадки. На занятиях дети устанавливают причинно-следственные отношения, знакомятся с понятиями «морские рыбки», «аквариумные рыбки», «озерные и речные рыбки», выявляют особенности поведения рыб, трудности которые они испытывают в грязной воде.

Проблема проекта

Многие считают, что рыба в любой воде чувствует себя комфортно, что это — естественное явление. На самом деле рыбам очень сложно жить в загрязненной воде, ведь их жабры не приспособлены к усвоению кислорода из воздуха. Поэтому нам нужно задуматься о том, как помочь рыбкам?

Вопросы, направляющие проект

Основополагающий вопрос: Рыбы: кто они?

Проблемный вопрос: Нужна ли рыбам вода?

Познавательные вопросы: Какое значение вода играет в жизни человека? Как рыбы приспосабливаются к жизни?

Цель проекта:

Формирование у детей способности к самостоятельной мыслительной деятельности, развитие исследовательских способностей, воспитание бережного отношения и любви к окружающей природе.

Задачи проекта:

  • Формирование умения наблюдать, умения самостоятельно действовать;
  • Приобщать к полезной информации;
  • Развивать творческую деятельность у дошкольников;

Скачать:


Предварительный просмотр:

Проект подготовили: Канцевич Анна Геннадьевна

Вид проекта: комбинированный Длительность проекта: неделя

поисково-познавательный

Краткая аннотация проекта

Сотни тысяч лет назад, задолго до появления на Земле человека, в океанах уже плавали рыбы. В то время они были самыми высокоразвитыми созданиями.

С тех пор они стали развиваться самыми различными путями, так что сейчас только некоторые виды лишь отдаленно напоминают первых примитивных океанских рыб.

Большинство рыб используют свой хвост как мотор. При его помощи и плавников они управляют своими движениями. Кроме одного вида рыб, все остальные дышат при помощи жабер. Рыба заглатывает ртом воду, которая проходит через жабры и выливается через специальное отверстие. В воде тоже содержится кислород, и он через жабры попадает в кровь рыбы, как воздух через легкие в кровь человека.

В загрязненной воде рыбы пытаются всплыть к поверхности и вдохнуть воздух, но их жабры не приспособлены к усвоению кислорода из воздуха.

Причиной того, что рыбы имеют темную окраску сверху и светлую снизу, является то, что это помогает им защититься от своих врагов, которые, смотря сверху, видят темный цвет, сливающийся с водой реки или океана. Глядя снизу, кажется, что это светлая поверхность воды. Существует более 20 тысяч рыб, и трудно вообразить, сколько неповторимого есть в жизни каждой!

Дошкольный возраст – начальный этап становления человеческой личности. В этот период закладываются основы личностной культуры. Ребенок в этот период учится правильно относиться к объектам природы, к вещам, материалам природного происхождения, которыми он пользуется. Многие дети совсем не знают и не различают рыб, часто встречающихся в водоёмах (реках, озерах). В рамках проекта дети рассматривают иллюстрации, целенаправленно наблюдают за рыбками в аквариуме, читают про птиц рыбок, рассказы, загадки. На занятиях дети устанавливают причинно-следственные отношения, знакомятся с понятиями «морские рыбки», «аквариумные рыбки», «озерные и речные рыбки», выявляют особенности поведения рыб, трудности которые они испытывают в грязной воде.

Проблема проекта

Многие считают, что рыба в любой воде чувствует себя комфортно, что это — естественное явление. На самом деле рыбам очень сложно жить в загрязненной воде, ведь их жабры не приспособлены к усвоению кислорода из воздуха. Поэтому нам нужно задуматься о том, как помочь рыбкам?

Вопросы, направляющие проект

Основополагающий вопрос: Рыбы: кто они?

Проблемный вопрос: Нужна ли рыбам вода?

Познавательные вопросы: Какое значение вода играет в жизни человека? Как рыбы приспосабливаются к жизни?

Цель проекта:

Формирование у детей способности к самостоятельной мыслительной деятельности, развитие исследовательских способностей, воспитание бережного отношения и любви к окружающей природе.

Задачи проекта:

  • Формирование умения наблюдать, умения самостоятельно действовать;
  • Приобщать к полезной информации;
  • Развивать творческую деятельность у дошкольников;

Первый день

УТРО

ПРОГУЛКА

ВЕЧЕР

ПРОГУЛКА

  1. Беседа «Кто такие рыбы?»
  1. Рассматривание иллюстраций в литературном уголке и на стендах.
  1. Видеопрезентация «Путешествие в подводный мир» с использованием мультимедийных технологий.
  1. Наблюдаем за рыбкой в аквариуме.

Игры на воздухе

  • “Караси и щука”
  • “Рыболов”

Словесная игра «Я знаю пять речных рыб…» — активизация словаря (названия рыб)

  1. Экспериментирование – «Какая вода нужна вода в аквариуме?» — уточняем представления о воде, которая нужна для аквариума.
  1. Свободное рисование

Подвижные игры

  • «Рыбка, рыбка»
  • «Морские волны»

Игры с мячом

Второй день

УТРО

ПРОГУЛКА

ВЕЧЕР

ПРОГУЛКА

  1. Лепка из солёного теста.
  1. Этюды психогимнастики «Земля-вода»
  1. Физминутка «Рыбки плавали»
  1. Видеоряд – мультфильм «Ловись рыбка!» с использованием мультимедийных технологий.
  1. Рассматривание иллюстраций, энциклопедий.

Игры на воздухе

  • “Море волнуется”
  • “Караси и щука”

Беседа: «Если я был бы рыбкой…»

  1. Словесная игра «Узнай рыбку» — активизация словаря (прилагательные)
  1. Чтение сказки Пушкина «Сказка о золотой рыбке»
  1. ХПД – коллективная работа «Золотая рыбка» (нетрадиционные техники)

Подвижные игры

  • По желанию детей

Третий день

УТРО

ПРОГУЛКА

ВЕЧЕР

ПРОГУЛКА

  1. Экологическая экскурсия «Кто живёт в реке и озере?» по Воронкевич
  1. Рисование «Обитатели рек и озёр».
  1. Чтение энциклопедии «Рыбы»
  1. Рассматривание иллюстраций

Игры на воздухе

  • “Караси и щука”
  • “Рыболов”

Рисование палочками на песке «Чья рыбка лучше?»

  1. Словесная игра «Сказки с названием рыб» — активизация словаря
  1. Чтение стихотворений о птицах
  1. Создание коллективной работы «Рыбки» (оригами)

Подвижные игры

  • «Морские волны»
  • «Рыбка, рыбка»

Игры с мячом

Эволюция рыб привела к появлению жаберного аппарата, увеличению дыхательной поверхности жабр, а отклонение от основной линии развития — к выработке приспособлений для использования кислорода воздуха. Большинство рыб дышит растворенным в воде кислородом, но есть виды, приспособившиеся частично и к воздушному дыханию (двоякодышащие, прыгун, змееголов и др.).

Основные органы дыхания. Основным органом извлечения кислорода из воды являются жабры.

Форма жабр разнообразна в зависимости от видовой принадлежности и подвижности: это или мешочки со складочками (у рыбообразных), или пластинки, лепестки, пучки слизистой, имеющие богатую сеть капилляров. Все эти приспособления направлены на создание наибольшей поверхности при наименьшем объёме. дыхательный система рыба жаберный

У костистых рыб жаберный аппарат состоит из пяти жаберных дуг, располагающихся в жаберной полости и прикрытых жаберной крышкой. Четыре дуги на внешней выпуклой стороне имеют по два ряда жаберных лепестков, поддерживаемых опорными хрящами.

Таблица 1 Дыхательная поверхность жабр (по Строганову, 1962)

Жаберные лепестки покрыты тонкими складками — лепесточками. В них и происходит газообмен. К основанию жаберных лепестков подходит приносящая жаберная артерия, ее капилляры пронизывают лепесточки; из них окисленная (артериальная)кровь по выносящей жаберной артерии попадает в корень аорты. Число лепесточков варьирует; на1 мм жаберного лепестка их приходится: у щуки — 15, камбалы — 28, окуня — 36. В результате полезная дыхательная поверхность жабр очень велика (табл. 1).

Более активные рыбы имеют относительно большую поверхность жабр; у окуня она почти в 2,5 раза больше, чем у камбалы.

Общая схема механизма дыхания у высших рыб представляется в следующем виде (рис.). При вдохе рот открывается, жаберные дуги отходят в стороны, жаберные крышки наружным давлением плотно прижимаются к голове и закрывают жаберные щели. Вследствие уменьшения давления вода всасывается в жаберную полость, омывая жаберные лепестки. При выдохе рот закрывается, жаберные дуги и жаберные крышки сближаются, давление в жаберной полости увеличивается, жаберные щели открываются и вода выжимается через них наружу. При плавании рыбы ток воды может создаваться за счет движения с открытым ртом.

Рис 1. Механизм дыхания взрослой рыбы: А — вдох; Б — выдох (по Никольскому, 1974)

В капиллярах жаберных лепесточков из воды поглощается кислород (он связывается гемоглобином крови) и выделяются двуокись углерода, аммиак, мочевина. Большую роль играют жабры и в водно-солевом обмене, регулируя поглощение или выделение воды и солей. Замечательны приспособления для дыхания у рыб в эмбриональный период развития — у зародышей и личинок, когда жаберный аппарат ещё не сформирован, а кровеносная система уже функционирует. В это время органами дыхания служат: а) поверхность тела и система кровеносных сосудов Кювьеровы протоки, вены спинного и хвостового плавников, подкишечная вена, сеть капилляров на желточном мешке, голове, плавниковой кайме и жаберной крышке; б) наружные жабры (рис. 18). Это временные, специфические личиночные образования, исчезающие после образования дефинитивных органов дыхания. Чем хуже условия дыхания эмбрионов и личинок, тем сильнее развивается кровеносная система или наружные жабры. Поэтому у рыб, близких в систематическом отношении, но различающихся экологией нереста, степень развития личиночных органов дыхания различна.

Рис.2 Эмбриональные органы дыхания рыб: А — пелагическая рыба; Б — карп; В — вьюн (по Строганову, 1962): 1 — Кювьеровы протоки, 2 — нижняя хвостовая вена, 3 — сеть капилляров, 4 — наружные жабры

Дополнительные органы дыхания. К дополнительным приспособлениям, помогающим переносить неблагоприятные кислородные условия, относятся водное кожное дыхание, т. е. использование растворенного в воде кислорода при помощи кожи, и воздушное дыхание — использование воздуха при помощи плавательного пузыря, кишечника или через специальные добавочные органы (рис. 19).

Рис.3 Органы водного и воздушного дыхания у взрослых рыб (по Строганову, 1962): 1 — выпячивание в ротовой полости, 2 — наджаберный орган, 3, 4, 5 — отделы плавательного пузыря, 6 — выпячивание в желудке, 7 — участок поглощения кислорода в кишечнике, 8 — жабры

Чтобы пользоваться предварительным просмотром презентаций создайте себе аккаунт (учетную запись) Google и войдите в него: https://accounts.google.com


Подписи к слайдам:

Prezentacii.com

У родителей и деток вся одежда из монеток

Внутреннее строение рыбы, на примере дыхательной системы.

1. У рыб, в отличие от наземных животных, есть особый орган чувств: 1) боковой линии; 2)обоняния; 3)слуха; 4)зрения. 2. Парные плавники у рыбы: 1)хвостовой; 2)спинной; 3)грудной; 4)анальный; 3 . Рыбы передвигаются благодаря: 1)движению жаберных крышек; 2)движению челюстей; 3)изгибам тела; 4)работе плавников.

Жаберные тычинки Жаберные лепестки Жаберные дуги

ЧЕЛОВЕК — АМФИБИЯ Мог ли он дышать при помощи жабр под водой?

ДОМАШНЕЕ ЗАДАНИЕ Приготовьте мультимедиа – реферат по одной из предложенных тем: 1. Многообразие рыб 2. Рыбы – гиганты и рыбы – карлики. 3. Окраска рыб в связи с их образом жизни 4. Размножение рыб.

Все было понятно Понятно не все Ничего не понятно


По теме: методические разработки, презентации и конспекты

Презентация «Дыхательная система человека. Заболевания дыхательной системы»

Данная презентация является хорошим наглядным материалом к урокам биологии в 8 классе по теме «Дыхательная система человека»…

«Потребность организма в кислороде. Строение дыхательной системы человека»

Урок посвящен изучению структурно- функциональных особенностей специализированных органов человека для дыхания. На уроке также осуществляется углубление знаний и умений по вопросам: Что такое дыхание…

Значение дыхания. Органы дыхательной системы. Дыхательные пути, голосообразование. Заболевания дыхательных путей.

урок составлен по программе по биологии для 8 класса составлен на основе примерной программы авторской программы созданной коллективом авторов под руководством В.В. Пасечника.Урок темы Дыхание….

Внутреннее строение рыбы на примере дыхательной системы | Методическая разработка по биологии (7 класс) по теме:

Тема урока: « Внутреннее строение рыбы, на примере дыхательной системы

Цель: раскрыть особенности внутреннего строения рыб на примере  дыхательной системы в связи с жизнью в водной среде.

Задачи:

Образовательная:

  1. организовать изучение и обеспечить понимание учащимися зависимости жизненных процессов рыб от их местообитания; сформировать знания об особенностях строения системы  внутренних органов рыб на примере дыхательной системы.

Развивающая:

  1. Развивать понятия «взаимосвязь строения и выполняемой функции»  через создание проблемной ситуации и её решение;
  2. Развивать наблюдательность, навыки проведения эксперимента, память, речь, умение выделять главное, обобщать, проводить аналогии и сравнения.

Воспитательная  

  1. Воспитывать бережное отношение к живым организмам как к части экосистемы;
  2. Формировать у учащихся культуру речи, умения работать в группе и коллективе, взаимопомощи, радоваться успехам других.

Учащиеся должны знать:

Внутреннее строение рыбы на примере дыхательной системы.

Уметь:

Делать описание внутреннего строения рыбы не примере дыхательной системы.

Навыки:

Самостоятельной работы, работы с учебником, контурными картами, биологическим объектом.

Оборудование:

  1. Тест для проверки знаний,
  2. Учебник,
  3. Контурные карты ( дыхательная система рыбы).

 ТСО: компьютер, мультимидийный проектор, презентация МS PowerPoint, документ – камера.

Объект: влажный препарат рыбы.

Ход урока

  1. Организационный момент.
  2. Вступительное слово учителя и объявление темы урока.

Сегодня, работая на уроке, мы будем открывать очередную тайну биологической науки. (СЛАЙД 1)

Загадка.  У родителей и деток вся одежда из монеток. (СЛАЙД 2)

О ком идет речь?

Верно — это рыба.

Сегодня  мы  с  вами проведем эксперимент, в ходе которого постараемся выяснить: «Внутреннее строение рыбы, на примере  дыхательной системы». Это тема нашего урока запишите, пожалуйста, в тетрадь.

Но прежде чем приступить к изучению  нового материала вспомним о внешнем строении рыбы. (СЛАЙД 3)

  1. Актуализация знаний.

Учащимся предлагается выполнить письменно тест на отдельных листочках. (СЛАЙД 4)

1.У рыб, в отличие от наземных животных, есть особый орган чувств:

1) боковой линии;

2)обоняния;

3)слуха;

4)зрения.

2.Парные плавники у рыбы:

1)хвостовой;

2)спинной;

3)грудной;

4)анальный;

3. Рыбы передвигаются благодаря:

1)движению жаберных крышек;

2)движению челюстей;

3)изгибам тела;

4)работе плавников.

После выполнения задания ребята обмениваются листочками для взаимопроверки.

  1. Изучение нового материала.

У А. Беляева писателя-фантаста есть научно-фантастический роман «Человек-амфибия». Он рассказывает о человеке по имени Ихтиандр, который имел кроме лёгких ещё и жабры и мог находиться долгое время под водой. Маленького умирающего новорождённого ребёнка принесли к доктору Сальваторе. Чтобы спасти жизнь ребёнку, доктор пересадил ему жабры молодой акулы.

— Мог ли он дышать при помощи жабр под водой? (СЛАЙД 6)

Ребята, предлагаю вам побыть в роли экспериментатора, для этого сначала вам необходимо ознакомить со строением жабр используя текст учебника на стр. 157. и рис 119.

Какое же строение имеют жабры?

Ответ  — жабры состоят из жаберных дуг, тонких жаберных лепестков и жаберных тычинок.

(На доске выстраиваем схемы)        

ЖАБРЫ

Жаберные дуги                  Жаберные тычинки          Жаберные лепестки

Давайте с вами проведем эксперимент и выясним, действительно ли жабры рыбы имеют такое строение.

Проведение эксперимент

Ребята, для проведения эксперимента мы будем использовать готовый влажный препарат рыбы, но при этом следует  помнить, что на уроках биологии  мы не должны препарировать живые организмы с целью любознательности. Наша задача – сберечь природу, и не уничтожить ее.

Итак, рассмотрим строение жабр рыбы на влажном препарате.

Ребята, верным ли оказалось ваше предположение о строении жабр рыбы?

Обратите внимание на контурные карточки жабр, которые лежит у вас на столах, раскрасьте их синим цветом и подпишите части жабр.(СЛАЙД 7)

Проверьте вашу работу с работой на доске. (СЛАЙД 8)

Ребята,  обратите внимание у рыбы на жаберных дугах располагаются с одной стороны ярко-красные жаберные лепестки с другой стороны беловатые жаберные тычинки. Что можно сказать о функциях жаберных лепестков исходя из их цвета?

Ответ. Жаберные лепестки пронизаны мельчайшими кровеносными сосудами и через их  стенки идет газообмен: поглощение из воды кислорода и выделение углекислого газа. В жабрах кровь насыщена кислородом, и поэтому окраска жаберных лепестков красная.

Верно, жаберные лепестки участвуют в газообмене.

? Давайте, с вами сравним жабры двух рыб.

Что вы наблюдаете?

Ответ. Одни жабры имеют красный цвет, а другие более темный.

Как вы думаете, с чем это связано?

С тем, что рыба с красными жабрами более свежая и газообмен происходил совсем недавно, чем у рыбы  с жабрами темного цвета.

Дети, обратите внимание, когда вы будете с мамой покупать рыбу, ее свежесть вы можете проверить на окраске жабр!

? Ребята, давайте еще раз вспомним какой газ поглощают рыбы в процессе газообмена, а какой выделяют.

Ответ — поглощают — кислород, а выделяют углекислый газ.

Ребята, используя свои знания о строении систем органов ранее изученных  животных  подумайте такая способность,  как поглощать — кислород, а выделять углекислый газ, для какой системы органов характерна?

Верно —  для дыхательной.

(На доске достраиваем схемы)        

Дыхательная система

ЖАБРЫ

Жаберные дуги                  Жаберные тычинки          Жаберные лепестки

Итак, какой же мы можем сделать вывод по изученному материалу?

Вывод: Рыбы дышат жабрами, поглощая кислород, растворенный в воде. Жабры — это органы дыхательной  системы и состоят из жаберных дуг и жаберных лепестков, пронизанных кровеносными сосудами.

А теперь давайте ответим с вами на поставленный вопрос в начале урока

? Мог ли Ихтиандр дышать при помощи жабр под водой? (СЛАЙД 9)

Ответ: да, может. Жабры органы дыхания.

  1. Оценивание работы учащихся.
  2. Домашнее задание. (СЛАЙД 10)

Подготовить мультимедиа-реферат по одной из предложенных тем:

1.

Многообразие рыб.  

2.

Рыбы-гиганты и рыбы-карлики.  

3.

Окраска рыб в связи с их образом жизни.  

4.

Размножение рыб.  

  1. Рефлексия. (СЛАЙД 11)

Цель: оценить отношение учащихся к уроку.

А) все понял             —  зеленый  смайлик

Б) не все было понятно    —  желтый смайлик

В) ничего не понял         — красный  смайлик

При выходе из кабинета приклейте свой смайлик вокруг  рыбки соответствующего цвета.

Доклад на тему Дыхательная система человека 3, 4, 8 класс сообщение

Дыхательная система человека является системой органов. Они участвуют в газообмене между организмом и окружающей средой – дыхании.

В состав дыхательной системы входят дыхательные пути и дыхательные органы. В дыхательные пути включены полость носа, носоглотка, ротоглотка, гортань, трахея и бронхи. Гортань расположена на уровне шеи, там же находятся голосовые связки. Она сразу же сменяется трахеей. Бронхи находятся в грудной полости и делятся на правую и левую части. Потом они делятся на множество сегментов.

Выделяют верхние пути и нижние пути. Одни в другие переходят вверху гортани, там дыхательная система соединяется с пищеварительной. Также к дыхательным путям может относиться ротовая полость, в том случае, если мы дышим ртом.

Главным и важнейшим органом в дыхательной системе являются легкие. Их место в грудной полости, с правой и левой стороны от сердца, сразу переходя из бронхов. У легких есть покрытие, специальная оболочка. Каждое легкое имеет доли, у правого их три, у левого – два. Они разделены на сегменты, а те — на дольки. Бронхи разделяются на бронхиолы внутри долек. Кости грудной клетки защищают этот орган.

В нашем организме находится около 2,6 литров кислорода. Находясь в спокойном состоянии, человек за 1 минуту делает до 15 вдохов, младенец до 60 вдохов. Потребляется при этом, в среднем 0,5 л воздуха, из них примерно половина – это кислород.

В целом, в процесс дыхания входит вдох, выдох, внешнее дыхание, внутреннее дыхание, клеточное дыхание и транспортировка газов.
Воздух оказывается в носовой полости, когда мы вдыхаем. Там происходит его согревание и очистка. Если человек дышит через ротовую полость, этого не случается. И в случае дыхания через нос, и при дыхании через рот воздух идет в глотку. В первую очередь он оказывается в ротовой, а затем в гортанной ее части. Воздух продолжает путь в гортани, затем переходит в трахею, потом – в бронхи, и, наконец, попадает в легкие.

На бронхиолах образуются альвеолы, их численность может доходить до 700000000. Туда и попадает воздух. Альвеолы оплетены капиллярами, в которых течет кровь. С помощью альвеол происходит газообмен, венозная кровь обогащается кислородом и превращается в артериальную. По артериям и венам богатая кислородом кровь совершает круг в организме и возвращается в сердце.
В это же время углекислый газ, который принесла венозная кровь, попадает в альвеолы. По пути воздуха, но в обратном направлении, углекислый газ уходит из организма, и происходит выдох.

Выделяется два вида дыхания. Брюшное дыхание часто встречается у мужчин, а женщинам больше присущ грудной тип. У дыхательной системы существует несколько функций. Главной задачей является дыхание — обмен кислорода и углекислого газа. Это жизненно важный процесс, так как клеткам человека постоянно нужен приток кислорода. Без воздуха человек проживет не больше 8 минут. Углекислый газ прибывает вместе с кислородом, но при выдохе удаляется из-за ненужности организму.

Еще одной функцией является звукообразование. В этом процессе участвуют почти все органы дыхательной системы – гортань, полость рта, дыхательные мышцы. Звук производится только при выдохе.

Обоняние – тоже задача дыхательной системы. Тут, в основном, участвует носовая полость.

Вариант №2

В состав дыхательного аппарата входят пути дыхания и парные органы — легкие. Существуют как верхние, так и нижние отделения дыхательных путей. Это сеть трубок, в них из-за присутствия костей и хрящей образуются особые просветы.

Было выяснено, что вся область внутри дыхательных путей покрывается некой слизистой оболочкой. В состав этой слизистой входит большое количество желез, которые и выделяют слизь. Очистка и увлажнение воздуха происходит во время того, как сквозь дыхательные пути. Как известно, именно воздух помогает формировать нормальную речь.

Дыхательные пути позволяют воздуху перейти в легкие, именно там проходит газообмен. Во время этого процесса кровь выделяет через легкие большое количество двуокиси и углерода. Кровь пропитывается кислородом до необходимой организму концентрации.

Легкие являются главным участником газообмена. Как только начинается вдох, в них проходит воздух, наполненного кислородом, во время выдоха же происходит выделение воздуха, который переполнен углекислым газом.

Известно то, что в спокойствии взрослые люди делают 24-40 вдохов в несколько минут, во время этого человек выдыхает и вдыхает по 550 мл воздуха. Такое количество воздуха принято называть дыхательным. Также можно дополнительно вдохнуть еще 1800 мл воздуха, а впоследствии выдохнуть эти же 1800 мл наружу. Это общее количество воздуха называется жизненной емкостью легких.  Она зависит от того, сколько лет человеку, от его веса, от пола и многого другого, что способно характеризовать уровень физического развития человека. У взрослого поколения жизненная емкость легких соответствует 3500 мл воздуха. Уровень натренированного лица доходит до 6500 мл, однако курящие люди способны вдохнуть лишь 300-500 мл.

Легкие для человека играют немаловажную значимость, они помогают очистить кровь от механических примесей. Это способно нормализовать процесс свертывания крови, солевой состав. В легких образуется несколько биологически активных веществ, которые могут осуществить значимые процессы жизни организма.

4 класс, 3, 8 класс окружающий мир

Дыхательная система человека

Популярные темы сообщений

  • Загрязнение атмосферы

    Загрязнение воздуха — это выброс в атмосферу любых веществ, например химических веществ или частиц, переносимых по воздуху, которые вредны как для здоровья человека, так и для животных, а также для здоровья более широкой окружающей среды.

  • Красная книга России

    На своей планете человек развел огромную деятельность. Работа, проводимая людьми, нанесла большую беду животным и их дому. Все больше человек загрязнял воду, воздух, а так же с большим легкомыслием относился к фауне и флоре. Животные,

  • Питание спортсменов

    Спортсмен – это человек, который профессионально занимается спортом. Для спортсменов важны не только регулярные занятия и участие в соревнованиях, но и правильное питание. Оно дает спортсмену больше энергии и позволяет быстрее

Ароморфозы:

  1. Первые жаберные дуги превратились в челюсти, способные захватывать крупную добычу.

  2. Появились парные плавники – грудные и брюшные, которые обеспечили более точные и сложные движения в плотной водной среде.

  3. Произошла замена хорды хрящевым, а затем и костным позвоночником, эффективно выполняющим защитную и опорную функции.

  4. Образовался череп, защищающий головной мозг.

  5. Усложнились органы дыхания, появились жабры, увеличившие поверхность и интенсивность газообмена.

  6. Печень стала более крупной, сформировалась поджелудочная железа. Увеличение внутренней поверхности кишечника привело к более полному пищеварению и всасыванию питательных веществ.

Надкласс рыбы включает более 20 тыс. видов рыб, из них около 700 видов относится к классу Хрящевые рыбы, остальные объединяются в класс Костные рыбы. У рыб впервые формируется позвоночник, и появляются парные конечности.

Покровы. Тело, как правило, покрыто костной чешуей, которая выполняет защитную функцию.

Скелет и мышцы. Скелет хрящевой или костный, состоит из следующих отделов: череп; позвоночник, состоящий из отдельных позвонков; скелет конечностей и скелет поясов конечностей. В черепе появляются челюсти, жаберный аппарат. Мышцы туловища сохраняют метамерное строение.

Пищеварительная система. У большинства есть желудок, кишечник подразделяется на тонкий и толстый. Впервые появляются морфологически выраженная поджелудочная железа. Хорошо развита печень. У наиболее прогрессивных рыб появляется плавательный пузырь как вырост кишечника, который помогает регулировать плотность тела и связанную с ней плавучесть.

Дыхательная система. Органы дыхания представлены жабрами, у хрящевых рыб есть межжаберные перегородки, на которых располагаются жаберные лепестки. У костных рыб жаберные лепестки прикреплены к жаберным дугам, появляются жаберные крышки.

Кровеносная система. Она состоит из двухкамерного сердца и одного круга кровообращения (кроме двоякодышащих), В предсердие кровь попадает из венозного синуса, из желудочка выбрасывается в артериальный конус (у хрящевых рыб) или в луковицу аорты (у костных рыб).

Выделительная система. Представлена туловищными почками. Основным продуктом азотистого обмена у хрящевых рыб является мочевина, у костных – аммиак.

Нервная система. Центральная нервная система – головной мозг, состоящий из пяти отделов, и спинной мозг, находящийся в позвоночном канале. Периферическая нервная система представлена черепно – мозговыми и спинно – мозговыми нервами.

Размножение и развитие. Рыбы, как правило, раздельнополые организмы. Хрящевые рыбы откладывают яйца, у некоторых встречается живорождение. Костные рыбы выметывают большое количество мелкой икры, есть яйцеживородящие виды.

Класс хрящевые рыбы.

В этот класс входят акулы (около 250 видов), скаты (350 видов) и небольшая группа цельноголовых, или химеровых (около 30 видов).

Размеры тела акул – от 20 см. до 15 – 20м., самый крупный скат – манта – достигает массы до 3 т. и в размахе плавников до 8 м. У представителей этого класса скелет хрящевой, но хорда остается и проходит через отверстия в телах позвонков. Жаберные крышки отсутствуют, жаберные щели в количестве 5 – 7 пар, каждое открывается наружу самостоятельным отверстием. Грудные и брюшные плавники расположены горизонтально, плавательный пузырь отсутствует. Чешуя состоит из дентина. В кишечнике имеется спиральный клапан, кишечник открывается в клоаку.

Выживанию и прогрессивному развитию хрящевых рыб в немалой степени способствуют особенности их размножения. Для них характерно внутреннее оплодотворение. Некоторые хрящевые рыбы откладывают крупные яйца, покрытые прочной роговой скорлупой, надежно защищающей развивающийся эмбрион. Яйца китовой акулы размером 63 на 40 см, напоминают четырехугольник, от углов которого отходят длинные жгуты, с помощью которых яйцо удерживается за водоросли. У других хрящевых рыб яйца не откладываются, а задерживаются в особых расширениях яйцеводов, и молодые акулята дважды «рождаются» – сначала выходят из яйца, затем из организма матери. Такое размножение называется яйцеживорождением. Молодые животные выходят крупными и активными хищниками. Мало того, уже в организме матери они часто пожирают более мелких своих собратьев и еще не оплодотворенные яйца.

Существуют также хрящевые рыбы, у которых наблюдается настоящее живорождение: эмбрионы развиваются в расширении яйцеводов – своеобразной «матке», питаются с помощью «пуповины» и «плаценты», все питательные вещества получают из организма матери.

Самые крупные акулы – китовая (до 20 м.) и гигантская (до 15 м.), но они опасности для человека не представляют, т.к. питаются планктонными организмами и мелкими рыбами. Наиболее опасны для человека белая акула (кархародон, она же акула – людоед) размеров до 8 м., тигровая акула и акула мако. Но потенциально опасными в настоящее время считают около пятидесяти видов.

Рыба вне воды — Scienceline

Всем животным нужен кислород. Млекопитающие выдыхают его из воздуха, а рыбы дышат им в воде — это истина, которой нас учат в начальной школе, и причина смерти многих неудачливых золотых рыбок из детства. Но, как выясняется, правило не всегда выполняется. На протяжении многих тысячелетий ряд замечательных рыб эволюционировали по-разному, чтобы выжить как в воде, так и вне ее.

Сом, дышащий воздухом, — часть семейства рыб Clariidae, обитающих в Азии и Африке, — один из таких счастливчиков, способных выжить на суше часами или даже днями.Это полезная способность в засушливых частях мира, где среда обитания может высохнуть и вынудить сома пробираться к другому водоему (один вид настолько хорош в том, чтобы прыгать с места на место, что получил прозвище «ходячий сом»). . Ключ к его удивительной способности кроется в специальной дыхательной системе, которая функционирует как в воде, так и вне ее.

Как и все рыбы, у сомиков, дышащих воздухом, есть жабры — специальные дыхательные структуры, которые позволяют этим водным организмам дышать под водой.Жабры — это лоскуты ткани, заполненные капиллярами, кровеносными сосудами, которые обеспечивают перенос кислорода у животных. Когда рыбы плавают, вода проходит по их жабрам и контактирует с капиллярами, которые вытягивают кислород из воды в кровоток. Проблема в том, что жабры работают только в воде — без густой жидкости, удерживающей их в вертикальном положении, тонкие тканевые лоскуты разрушаются. Однако у сомиков, дышащих воздухом, появилось решение.

Внутри сома, дышащего воздухом, чуть выше обеих жабр находится набор полых полостей, в которых находятся органы дыхания рыбы — набор разветвленных, почти древовидных структур, наполненных кровеносными сосудами.В большинстве случаев эти полые камеры закрыты рядом нитей или нитей ткани — почти как домино, плотно сложенные вместе в линию — защищая их от воды, пока рыба использует свои жабры. Однако все это меняется, когда сома заставляют дышать воздухом.

Если сом оказывается, вываливается из воды, он широко открывает пасть и делает большой глоток воздуха. Во время глотания задействуются мускулы в горле сома, заставляющие смыкаться жабры. Между тем, эти же мышцы заставляют защитные волокна вокруг органов дыхания воздухом разделяться, создавая узкую щель, через которую может проходить воздух.Когда рыба глотает, воздух направляется вниз по ее горлу, через эту щель в камеру, где он контактирует с органами дыхания воздухом и всеми кровеносными сосудами. Как и в жабрах, эти кровеносные сосуды позволяют кислороду проникать в кровоток, который переносит его в другие части тела рыбы.

Когда рыба закрывает пасть, жабры снова открываются и щель в защитных волокнах закрывается. В то же время мышцы, открывающие жабры, заставляют на короткое время открываться другую щель в задней части камеры, позволяя бесполезному воздуху устремиться обратно из камеры.Весь процесс происходит в считанные секунды, но при достаточном глотании сомы, дышащие воздухом, могут поддерживать себя, по крайней мере, какое-то время, на суше.

К сожалению, это не идеальное решение: дышащие воздухом сомы могут выжить без воды только до тех пор, пока их кожа остается влажной, поэтому для них важно как можно скорее вернуться в воду. Тем не менее их удивительная биология свидетельствует о том, что не всегда так плохо быть рыбой вне воды.

% PDF-1.6 % 868 0 объект> эндобдж xref 868 522 0000000016 00000 н. 0000014041 00000 п. 0000014175 00000 п. 0000014499 00000 п. 0000014542 00000 п. 0000014670 00000 п. 0000015475 00000 п. 0000015520 00000 н. 0000015570 00000 п. 0000015620 00000 н. 0000015737 00000 п. 0000015785 00000 п. 0000015834 00000 п. 0000015884 00000 п. 0000017636 00000 п. 0000017787 00000 п. 0000019606 00000 п. 0000019758 00000 п. 0000019902 00000 п. 0000020055 00000 н. 0000020206 00000 п. 0000020576 00000 п. 0000020772 00000 п. 0000021242 00000 п. 0000021439 00000 п. 0000023689 00000 п. 0000025945 00000 п. 0000027899 00000 н. 0000029816 00000 п. 0000029969 00000 н. 0000030347 00000 п. 0000030504 00000 п. 0000030651 00000 п. 0000030801 00000 п. 0000030949 00000 п. 0000031097 00000 п. 0000031246 00000 п. 0000031301 00000 п. 0000031491 00000 п. 0000031869 00000 п. 0000032468 00000 н. 0000034284 00000 п. 0000034476 00000 п. 0000034591 00000 п. 0000035458 00000 п. 0000037290 00000 н. 0000037484 00000 п. 0000037675 00000 п. 0000039591 00000 п. 0000039741 00000 п. 0000041557 00000 п. 0000041612 00000 п. 0000041665 00000 п. 0000041735 00000 п. 0000041930 00000 п. 0000042308 00000 п. 0000044788 00000 п. 0000046759 00000 п. 0000059534 00000 п. 0000072309 00000 п. 0000072442 00000 п. 0000091089 00000 п. 0000091288 00000 п. 0000104751 00000 п. 0000105345 00000 п. 0000105939 00000 н. 0000116890 00000 н. 0000131985 00000 н. 0000144376 00000 н. 0000237303 00000 н. 0000246261 00000 н. 0000246494 00000 н. 0000246804 00000 н. 0000247248 00000 н. 0000250381 00000 п. 0000250963 00000 н. 0000251583 00000 н. 0000253628 00000 н. 0000254642 00000 н. 0000255180 00000 н. 0000257672 00000 н. 0000258126 00000 н. 0000258680 00000 н. 0000258797 00000 н. 0000258927 00000 н. 0000269158 00000 н. 0000269359 00000 н. 0000269725 00000 н. 0000279988 00000 н. 0000280185 00000 н. 0000280551 00000 п. 0000286845 00000 н. 0000287039 00000 п. 0000287129 00000 н. 0000300304 00000 н. 0000300493 00000 п. 0000300527 00000 н. 0000313622 00000 н. 0000313819 00000 н. 0000314181 00000 п. 0000326524 00000 н. 0000326713 00000 н. 0000327051 00000 н. 0000327122 00000 н. 0000327299 00000 н. 0000327370 00000 н. 0000327406 00000 н. 0000327535 00000 н. 0000327583 00000 н. 0000327676 00000 н. 0000327718 00000 н. 0000327815 00000 н. 0000327851 00000 н. 0000327949 00000 н. 0000327987 00000 н. 0000328080 00000 н. 0000328136 00000 н. 0000328186 00000 н. 0000328329 00000 н. 0000328377 00000 н. 0000328430 00000 н. 0000328587 00000 н. 0000328636 00000 н. 0000328745 00000 н. 0000328911 00000 н. 0000329059 00000 н. 0000329175 00000 н. 0000329225 00000 н. 0000329354 00000 н. 0000329508 00000 н. 0000329621 00000 н. 0000329671 00000 н. 0000329788 00000 н. 0000329839 00000 н. 0000329977 00000 н. 0000330028 00000 н. 0000330152 00000 н. 0000330203 00000 н. 0000330250 00000 н. 0000330296 00000 н. 0000330342 00000 н. 0000330388 00000 н. 0000330439 00000 н. 0000330485 00000 н. 0000330536 00000 н. 0000330667 00000 н. 0000330718 00000 н. 0000330846 00000 н. 0000330897 00000 н. 0000331031 00000 н. 0000331082 00000 н. 0000331213 00000 н. 0000331264 00000 н. 0000331405 00000 н. 0000331456 00000 н. 0000331595 00000 н. 0000331646 00000 н. 0000331784 00000 н. 0000331835 00000 н. 0000331881 00000 н. 0000331927 00000 н. 0000331973 00000 н. 0000332020 00000 н. 0000332066 00000 н. 0000332112 00000 н. 0000332158 00000 н. 0000332204 00000 н. 0000332250 00000 н. 0000332301 00000 н. 0000332347 00000 н. 0000332508 00000 н. 0000332559 00000 н. 0000332677 00000 н. 0000332728 00000 н. 0000332871 00000 н. 0000332922 00000 н. 0000333068 00000 н. 0000333119 00000 п. 0000333261 00000 н. 0000333312 00000 н. 0000333456 00000 н. 0000333507 00000 н. 0000333553 00000 н. 0000333599 00000 н. 0000333645 00000 н. 0000333691 00000 н. 0000333737 00000 н. 0000333783 00000 н. 0000333900 00000 н. 0000333951 00000 н. 0000334067 00000 н. 0000334118 00000 п. 0000334164 00000 н. 0000334210 00000 н. 0000334261 00000 н. 0000334307 00000 н. 0000334354 00000 н. 0000334551 00000 п. 0000334601 00000 н. 0000334774 00000 п. 0000334956 00000 н. 0000335006 00000 н. 0000335171 00000 н. 0000335366 00000 н. 0000335531 00000 н. 0000335581 00000 н. 0000335744 00000 н. 0000335957 00000 н. 0000336134 00000 п. 0000336184 00000 н. 0000336354 00000 п. 0000336488 00000 н. 0000336538 00000 н. 0000336682 00000 н. 0000336867 00000 н. 0000336988 00000 н. 0000337038 00000 п. 0000337178 00000 н. 0000337375 00000 п. 0000337517 00000 н. 0000337561 00000 н. 0000337740 00000 н. 0000337952 00000 н. 0000338078 00000 н. 0000338128 00000 н. 0000338256 00000 н. 0000338307 00000 н. 0000338448 00000 н. 0000338499 00000 н. 0000338644 00000 н. 0000338695 00000 п. 0000338835 00000 н. 0000338886 00000 н. 0000339032 00000 н. 0000339082 00000 н. 0000339134 00000 п. 0000339185 00000 н. 0000339236 00000 п. 0000339287 00000 н. 0000339337 00000 н. 0000339387 00000 н. 0000339437 00000 н. 0000339487 00000 н. 0000339531 00000 н. 0000339669 00000 н. 0000339713 00000 н. 0000339854 00000 н. 0000339898 00000 н. 0000340032 00000 н. 0000340076 00000 н. 0000340224 00000 н. 0000340267 00000 н. 0000340310 00000 н. 0000340361 00000 п. 0000340502 00000 н. 0000340553 00000 н. 0000340690 00000 н. 0000340741 00000 н. 0000340791 00000 п. 0000340842 00000 н. 0000340892 00000 н. 0000340942 00000 н. 0000340992 00000 н. 0000341043 00000 п. 0000341094 00000 н. 0000341246 00000 н. 0000341297 00000 н. 0000341450 00000 н. 0000341500 00000 н. 0000341550 00000 н. 0000341600 00000 н. 0000341651 00000 н. 0000341701 00000 н. 0000341751 00000 н. 0000341801 00000 н. 0000341851 00000 н. 0000341986 00000 н. 0000342036 00000 н. 0000342209 00000 н. 0000342260 00000 н. 0000342414 00000 н. 0000342465 00000 н. 0000342611 00000 н. 0000342662 00000 п. 0000342816 00000 н. 0000342867 00000 н. 0000342917 00000 н. 0000342967 00000 н. 0000343017 00000 н. 0000343067 00000 н. 0000343117 00000 п. 0000343167 00000 н. 0000343217 00000 н. 0000343350 00000 н. 0000343400 00000 н. 0000343523 00000 н. 0000343701 00000 п. 0000343834 00000 н. 0000343884 00000 н. 0000344037 00000 н. 0000344088 00000 н. 0000344233 00000 п. 0000344284 00000 п. 0000344432 00000 н. 0000344483 00000 п. 0000344629 00000 н. 0000344680 00000 п. 0000344731 00000 н. 0000344781 00000 н. 0000344832 00000 н. 0000344883 00000 н. 0000344933 00000 н. 0000344983 00000 н. 0000345033 00000 н. 0000345084 00000 н. 0000345230 00000 н. 0000345281 00000 п. 0000345427 00000 н. 0000345478 00000 н. 0000345621 00000 п. 0000345671 00000 п. 0000345721 00000 н. 0000345771 00000 н. 0000345821 00000 н. 0000345871 00000 н. 0000345921 00000 н. 0000345971 00000 п. 0000346022 00000 н. 0000346072 00000 н. 0000346206 00000 н. 0000346256 00000 н. 0000346399 00000 н. 0000346450 00000 н. 0000346592 00000 н. 0000346643 00000 п. 0000346806 00000 п. 0000346857 00000 н. 0000347002 00000 н. 0000347053 00000 п. 0000347103 00000 п. 0000347153 00000 н. 0000347204 00000 н. 0000347254 00000 н. 0000347304 00000 н. 0000347354 00000 н. 0000347404 00000 п. 0000347539 00000 п. 0000347589 00000 н. 0000347733 00000 п. 0000347913 00000 п. 0000348045 00000 н. 0000348095 00000 н. 0000348237 00000 п. 0000348430 00000 н. 0000348561 00000 н. 0000348611 00000 п. 0000348735 00000 н. 0000348919 00000 н. 0000349067 00000 н. 0000349117 00000 н. 0000349278 00000 н. 0000349329 00000 п. 0000349487 00000 н. 0000349538 00000 п. 0000349689 00000 п. 0000349740 00000 н. 0000349874 00000 н. 0000349924 00000 н. 0000349974 00000 н. 0000350024 00000 н. 0000350074 00000 н. 0000350124 00000 н. 0000350174 00000 н. 0000350224 00000 н. 0000350274 00000 н. 0000350325 00000 н. 0000350471 00000 н. 0000350522 00000 н. 0000350667 00000 н. 0000350717 00000 н. 0000350863 00000 н. 0000350913 00000 н. 0000350963 00000 н. 0000351013 00000 н. 0000351063 00000 н. 0000351113 00000 н. 0000351164 00000 н. 0000351214 00000 н. 0000351264 00000 н. 0000351315 00000 н. 0000351469 00000 н. 0000351520 00000 н. 0000351668 00000 н. 0000351719 00000 н. 0000351867 00000 н. 0000351917 00000 н. 0000351967 00000 н. 0000352017 00000 н. 0000352067 00000 н. 0000352117 00000 н. 0000352167 00000 н. 0000352217 00000 н. 0000352267 00000 н. 0000352318 00000 п. 0000352475 00000 н. 0000352525 00000 н. 0000352664 00000 н. 0000352714 00000 н. 0000352765 00000 н. 0000352815 00000 н. 0000352866 00000 н. 0000352916 00000 н. 0000352966 00000 н. 0000353016 00000 н. 0000353067 00000 н. 0000353198 00000 н. 0000353248 00000 н. 0000353402 00000 н. 0000353453 00000 н. 0000353601 00000 н. 0000353652 00000 н. 0000353799 00000 н. 0000353850 00000 н. 0000354002 00000 п. 0000354052 00000 н. 0000354103 00000 п. 0000354153 00000 н. 0000354203 00000 н. 0000354253 00000 н. 0000354303 00000 н. 0000354353 00000 н. 0000354403 00000 н. 0000354449 00000 н. 0000354634 00000 н. 0000354684 00000 н. 0000354854 00000 н. 0000355000 00000 н. 0000355050 00000 н. 0000355179 00000 н. 0000355365 00000 н. 0000355515 00000 н. 0000355565 00000 н. 0000355720 00000 н. 0000355896 00000 н. 0000356036 00000 н. 0000356086 00000 н. 0000356236 00000 п. 0000356422 00000 н. 0000356547 00000 н. 0000356597 00000 н. 0000356756 00000 н. 0000356807 00000 н. 0000356942 00000 н. 0000356993 00000 н. 0000357148 00000 н. 0000357199 00000 н. 0000357249 00000 н. 0000357299 00000 н. 0000357349 00000 н. 0000357399 00000 н. 0000357449 00000 н. 0000357499 00000 н. 0000357550 00000 н. 0000357694 00000 н. 0000357745 00000 н. 0000357887 00000 н. 0000357938 00000 п. 0000358083 00000 н. 0000358133 00000 н. 0000358183 00000 н. 0000358233 00000 н. 0000358283 00000 н. 0000358333 00000 п. 0000358383 00000 н. 0000358433 00000 н. 0000358483 00000 н. 0000358534 00000 н. 0000358682 00000 н. 0000358733 00000 н. 0000358883 00000 н. 0000358934 00000 н. 0000359086 00000 н. 0000359136 00000 н. 0000359187 00000 н. 0000359238 00000 п. 0000359288 00000 н. 0000359338 00000 п. 0000359388 00000 н. 0000359438 00000 н. 0000359488 00000 н. 0000359539 00000 н. 0000359686 00000 н. 0000359737 00000 н. 0000359878 00000 п. 0000359929 00000 н. 0000359979 00000 п. 0000360029 00000 н. 0000360079 00000 н. 0000360129 00000 н. 0000360179 00000 н. 0000360229 00000 н. 0000360279 00000 н. 0000360411 00000 н. 0000360461 00000 п. 0000360614 00000 н. 0000360665 00000 н. 0000360806 00000 н. 0000360857 00000 н. 0000361021 00000 н. D! N l [X 曂 x * z / B S’sŸ9? * WOґL ‘

11.3 Системы кровообращения и дыхания — Концепции биологии — 1-е канадское издание

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

  • Опишите прохождение воздуха из окружающей среды в легкие
  • Объясните, как легкие защищены от твердых частиц
  • Опишите функцию кровеносной системы
  • Опишите сердечный цикл
  • Объясните, как кровь течет по телу

Животные — сложные многоклеточные организмы, которым необходим механизм для транспортировки питательных веществ по телу и удаления отходов.Система кровообращения человека имеет сложную сеть кровеносных сосудов, которые достигают всех частей тела. Эта обширная сеть снабжает клетки, ткани и органы кислородом и питательными веществами, а также удаляет углекислый газ и отходы.

Средой для переноса газов и других молекул является кровь, которая постоянно циркулирует по системе. Разница в давлении внутри системы вызывает движение крови и создается за счет работы сердца.

Газообмен между тканями и кровью — важная функция системы кровообращения.У людей, других млекопитающих и птиц кровь поглощает кислород и выделяет углекислый газ в легких. Таким образом, кровеносная и дыхательная системы, функции которых заключаются в получении кислорода и выбросе углекислого газа, работают в тандеме.

Сделайте вдох и задержите дыхание. Подождите несколько секунд, а затем дайте ему выйти. Люди, когда они не напрягаются, дышат в среднем примерно 15 раз в минуту. Это соответствует примерно 900 вдохам в час или 21 600 вдохам в день. С каждым вдохом воздух наполняет легкие, а с каждым выдохом он устремляется обратно.Этот воздух делает больше, чем просто надувает и сдувает легкие в грудной полости. Воздух содержит кислород, который проходит через легочную ткань, попадает в кровоток и попадает в органы и ткани. Там кислород обменивается на углекислый газ, который является клеточным отходом. Углекислый газ выходит из клеток, попадает в кровоток, возвращается в легкие и выходит из организма во время выдоха.

Дыхание бывает как произвольным, так и непроизвольным. Частота вдохов и выдохов воздуха регулируется дыхательным центром головного мозга в ответ на поступающие сигналы о содержании углекислого газа в крови.Однако можно отключить это автоматическое регулирование для таких действий, как говорение, пение и плавание под водой.

Во время вдоха диафрагма опускается, создавая отрицательное давление вокруг легких, и они начинают раздуваться, втягивая воздух извне. Воздух поступает в тело через носовую полость, расположенную внутри носа (рис. 11.9). По мере того, как воздух проходит через носовую полость, он нагревается до температуры тела и увлажняется влагой со слизистых оболочек.Эти процессы помогают уравновесить воздух в соответствии с условиями тела, уменьшая любой ущерб, который может причинить холодный сухой воздух. Твердые частицы, плавающие в воздухе, удаляются из носовых ходов с помощью волос, слизи и ресничек. Образцы воздуха также отбираются химически через обоняние.

Из носовой полости воздух проходит через глотку (горло) и гортань (голосовой ящик), попадая в трахею (рис. 11.9). Основная функция трахеи — направлять вдыхаемый воздух в легкие, а выдыхаемый — обратно из тела.Человеческая трахея представляет собой цилиндр длиной около 25–30 см (9,8–11,8 дюйма), который находится перед пищеводом и простирается от глотки в грудную полость к легким. Он состоит из неполных колец хряща и гладкой мускулатуры. Хрящ обеспечивает силу и поддержку трахеи, чтобы проход оставался открытым. Трахея выстлана клетками, которые имеют реснички и выделяют слизь. Слизь улавливает вдыхаемые частицы, а реснички перемещают частицы к глотке.

Конец трахеи разделяется на два бронха, которые входят в правое и левое легкое.Воздух попадает в легкие через главные бронхи. Главный бронх разделяется, создавая бронхи все меньшего и меньшего диаметра, пока проходы не станут менее 1 мм (0,03 дюйма) в диаметре, когда их называют бронхиолами, поскольку они разделяются и распространяются по легкому. Как и трахея, бронхи и бронхиолы состоят из хрящей и гладких мышц. Бронхи иннервируются нервами как парасимпатической, так и симпатической нервной системы, которые контролируют сокращение мышц (парасимпатическая) или расслабление (симпатическая) в бронхах и бронхиолах, в зависимости от сигналов нервной системы.Последние бронхиолы — это респираторные бронхиолы. К концу каждой респираторной бронхиолы прикреплены альвеолярные протоки. В конце каждого протока находятся альвеолярные мешочки, каждый из которых содержит от 20 до 30 альвеол. Газообмен происходит только в альвеолах. Альвеолы ​​тонкостенные и выглядят как крошечные пузырьки внутри мешочков. Альвеолы ​​находятся в непосредственном контакте с капиллярами кровеносной системы. Такой тесный контакт обеспечивает диффузию кислорода из альвеол в кровь. Кроме того, углекислый газ будет диффундировать из крови в альвеолы ​​для выдоха.Анатомическое расположение капилляров и альвеол подчеркивает структурную и функциональную взаимосвязь дыхательной и кровеносной систем. Оценки площади поверхности альвеол в легких колеблются в пределах 100 м 2 . Эта большая территория составляет примерно половину теннисного корта. Эта большая площадь поверхности в сочетании с тонкостенным характером альвеолярных клеток позволяет газам легко диффундировать по клеткам.

Рисунок 11.9 Воздух попадает в дыхательную систему через носовую полость, а затем проходит через глотку и трахею в легкие.(кредит: модификация работы NCI)

Основная функция дыхательной системы — доставлять кислород к клеткам тканей тела и удалять углекислый газ, продукт жизнедеятельности клеток. Основными структурами дыхательной системы человека являются носовая полость, трахея и легкие.

Все аэробные организмы нуждаются в кислороде для выполнения своих метаболических функций. На древе эволюции разные организмы изобрели разные способы получения кислорода из окружающей атмосферы.Среда, в которой живет животное, во многом определяет то, как оно дышит. Сложность дыхательной системы коррелирует с размерами организма. По мере увеличения размера животного расстояния диффузии увеличиваются, а отношение площади поверхности к объему уменьшается. У одноклеточных организмов диффузии через клеточную мембрану достаточно для снабжения клетки кислородом (рис. 11.10). Диффузия — это медленный пассивный транспортный процесс. Для того чтобы диффузия была возможным средством обеспечения клетки кислородом, скорость поглощения кислорода должна соответствовать скорости диффузии через мембрану.Другими словами, если бы ячейка была очень большой или толстой, диффузия не могла бы достаточно быстро доставить кислород внутрь ячейки. Следовательно, зависимость от диффузии как средства получения кислорода и удаления углекислого газа остается возможной только для небольших организмов или организмов с сильно уплощенным телом, таких как многие плоские черви (Platyhelminthes). Более крупные организмы должны были развить специализированные респираторные ткани, такие как жабры, легкие и дыхательные пути, сопровождаемые сложной системой кровообращения, чтобы транспортировать кислород по всему телу.

Рис. 11.10. Клетка одноклеточной водоросли Ventricaria ventricosa — одна из самых крупных из известных, достигая от одного до пяти сантиметров в диаметре. Как и все одноклеточные организмы, V. ventricosa обменивается газами через клеточную мембрану.

Для небольших многоклеточных организмов диффузии через внешнюю мембрану достаточно для удовлетворения их потребности в кислороде. Газообмен путем прямой диффузии через поверхностные мембраны эффективен для организмов диаметром менее 1 мм. У простых организмов, таких как книдарии и плоские черви, каждая клетка тела находится рядом с внешней средой.Их клетки остаются влажными, а газы быстро диффундируют за счет прямой диффузии. Плоские черви — это маленькие, буквально плоские черви, которые «дышат» путем диффузии через внешнюю мембрану (рис. 11.11). Плоская форма этих организмов увеличивает площадь поверхности для диффузии, гарантируя, что каждая клетка в теле находится близко к поверхности внешней мембраны и имеет доступ к кислороду. Если бы плоский червь имел цилиндрическое тело, то клетки в центре не могли бы получать кислород.

Рисунок 11.11. Процесс дыхания этого плоского червя осуществляется путем диффузии через внешнюю мембрану.(кредит: Стивен Чайлдс)

Дождевые черви и земноводные используют свою кожу (покровы) как орган дыхания. Плотная сеть капилляров находится чуть ниже кожи и способствует газообмену между внешней средой и кровеносной системой. Поверхность дыхательных путей должна быть влажной, чтобы газы растворялись и распространялись через клеточные мембраны.

Организмам, живущим в воде, необходим кислород из воды. Кислород растворяется в воде, но в меньшей концентрации, чем в атмосфере.В атмосфере содержится примерно 21 процент кислорода. В воде концентрация кислорода намного меньше. У рыб и многих других водных организмов развились жабры, которые поглощают растворенный кислород из воды (рис. 11.12). Жабры — это тонкие тканевые нити, сильно разветвленные и складчатые. Когда вода проходит через жабры, растворенный в воде кислород быстро диффундирует через жабры в кровоток. Система кровообращения может переносить насыщенную кислородом кровь к другим частям тела.У животных, которые содержат целомическую жидкость вместо крови, кислород диффундирует через жаберные поверхности в целомическую жидкость. Жабры встречаются у моллюсков, кольчатых червей и ракообразных.

Рисунок 11.12.
У этого карпа, как и у многих других водных организмов, есть жабры, которые позволяют ему получать кислород из воды. (кредит: «Guitardude012 ″ / Wikimedia Commons)

Складчатые поверхности жабр обеспечивают большую площадь поверхности, чтобы рыба получала достаточное количество кислорода. Диффузия — это процесс, при котором материал перемещается из областей с высокой концентрацией в области с низкой концентрацией до тех пор, пока не будет достигнуто равновесие.В этом случае кровь с низкой концентрацией молекул кислорода циркулирует по жабрам. Концентрация молекул кислорода в воде выше, чем концентрация молекул кислорода в жабрах. В результате молекулы кислорода диффундируют из воды (высокая концентрация) в кровь (низкая концентрация), как показано на рисунке 11.13. Точно так же молекулы углекислого газа в крови диффундируют из крови (высокая концентрация) в воду (низкая концентрация).

Рисунок 11.13. Когда вода течет по жабрам, кислород передается крови по венам.(кредит «рыба»: модификация работы Дуэйна Рейвера, NOAA)

Дыхание насекомого не зависит от его кровеносной системы; следовательно, кровь не играет прямой роли в транспорте кислорода. У насекомых есть узкоспециализированная дыхательная система, называемая трахеальной системой, которая состоит из сети небольших трубок, по которым кислород проходит по всему телу. Трахеальная система — самая прямая и эффективная дыхательная система активных животных. Трубки в трахеальной системе сделаны из полимерного материала, называемого хитином.

Тела насекомых имеют отверстия, называемые дыхальцами, вдоль грудной клетки и брюшка. Эти отверстия соединяются с трубчатой ​​сетью, позволяя кислороду проходить в тело (рис. 11.14) и регулируя диффузию CO 2 и водяного пара. Воздух входит и выходит из трахеи через дыхальца. Некоторые насекомые могут вентилировать трахею с помощью движений тела.

Рисунок 11.14. Насекомые дышат через трахею.

У млекопитающих вентиляция легких осуществляется путем вдыхания (дыхания).Во время вдоха воздух поступает в тело через носовую полость , расположенную внутри носа (рис. 11.15). По мере прохождения воздуха через носовую полость он нагревается до температуры тела и увлажняется. Дыхательные пути покрыты слизью, защищающей ткани от прямого контакта с воздухом. Слизь с высоким содержанием воды. Когда воздух проходит через эти поверхности слизистых оболочек, он впитывает воду. Эти процессы помогают уравновесить воздух в соответствии с условиями тела, уменьшая любой ущерб, который может причинить холодный сухой воздух.Твердые частицы, которые плавают в воздухе, удаляются через носовые ходы через слизь и реснички. Процессы нагревания, увлажнения и удаления частиц являются важными защитными механизмами, предотвращающими повреждение трахеи и легких. Таким образом, вдыхание служит нескольким целям в дополнение к доставке кислорода в дыхательную систему.

Рисунок 11.15. Воздух попадает в дыхательную систему через носовую полость и глотку, а затем проходит через трахею в бронхи, которые переносят воздух в легкие.(кредит: модификация работы NCI)

Какое из следующих утверждений о дыхательной системе млекопитающих неверно?

  1. Когда мы вдыхаем, воздух проходит от глотки к трахее.
  2. Бронхиолы разветвляются на бронхи.
  3. Альвеолярные протоки соединяются с альвеолярными мешочками.
  4. Газообмен между легкими и кровью происходит в альвеолах.

Из носовой полости воздух проходит через глотку (горло) и гортань (голосовой ящик), попадая в трахею (рис.16). Основная функция трахеи — направлять вдыхаемый воздух в легкие, а выдыхаемый — обратно из тела. Трахея человека представляет собой цилиндр длиной от 10 до 12 см и диаметром 2 см, который находится перед пищеводом и простирается от гортани в грудную полость, где он разделяется на два основных бронха в средней части грудной клетки. Он состоит из неполных колец гиалинового хряща и гладкой мускулатуры (рис. 11.17). Трахея выстлана слизистыми бокаловидными клетками и мерцательным эпителием.Реснички продвигают инородные частицы, попавшие в слизь, к глотке. Хрящ обеспечивает силу и поддержку трахеи, чтобы проход оставался открытым. Гладкая мышца может сокращаться, уменьшая диаметр трахеи, в результате чего выдыхаемый воздух с огромной силой устремляется вверх из легких. Форсированный выдох помогает избавиться от слизи при кашле. Гладкие мышцы могут сокращаться или расслабляться в зависимости от стимулов внешней среды или нервной системы организма.

Рисунок 11.16.
Трахея и бронхи состоят из неполных хрящевых колец.(кредит: модификация работы Gray’s Anatomy)

Легкие: бронхи и альвеолы ​​

Конец трахеи разветвляется (делится) на правое и левое легкие. Легкие не идентичны. Правое легкое больше и содержит три доли, тогда как левое легкое меньшего размера содержит две доли (рис. 11.17). Мышечная диафрагма , , облегчающая дыхание, находится ниже (внизу) легких и отмечает конец грудной полости.

Рисунок 11.17. В легких трахея разветвляется на правый и левый бронхи.Правое легкое состоит из трех долей и больше. Чтобы вместить сердце, левое легкое меньше и имеет только две доли.

В легких воздух попадает в все меньшие и меньшие проходы, или бронхов . Воздух поступает в легкие через два основных (главных) бронха (единственное число: бронх). Каждый бронх делится на вторичные бронхи, а затем на третичные бронхи, которые, в свою очередь, делятся, создавая бронхиолы все меньшего и меньшего диаметра по мере того, как они разделяются и распространяются по легкому.Как и трахея, бронхи состоят из хряща и гладких мышц. В бронхиолах хрящ заменяется эластичными волокнами. Бронхи иннервируются нервами как парасимпатической, так и симпатической нервной системы, которые контролируют сокращение мышц (парасимпатическая) или расслабление (симпатическая) в бронхах и бронхиолах, в зависимости от сигналов нервной системы. У человека бронхиолы диаметром менее 0,5 мм — это респираторных бронхиол . У них нет хрящей, и поэтому они полагаются на вдыхаемый воздух, чтобы поддерживать их форму.По мере уменьшения диаметра проходов относительное количество гладких мышц увеличивается.

Конечные бронхиолы и подразделяются на микроскопические ветви, называемые респираторными бронхиолами. Дыхательные бронхиолы подразделяются на несколько альвеолярных протоков. Многочисленные альвеолы ​​и альвеолярные мешки окружают альвеолярные протоки. Альвеолярные мешочки напоминают грозди винограда, привязанные к концам бронхиол (рис. 11.18). В ацинарной области к концу каждой бронхиолы прикреплены альвеолярных протоков, .В конце каждого протока находится примерно 100 альвеолярных мешочков, каждый содержит от 20 до 30 альвеол , имеющих диаметр от 200 до 300 микрон. Газообмен происходит только в альвеолах. Альвеолы ​​состоят из тонкостенных паренхиматозных клеток, обычно толщиной в одну клетку, которые выглядят как крошечные пузырьки внутри мешочков. Альвеолы ​​находятся в непосредственном контакте с капиллярами (толщиной в одну клетку) кровеносной системы. Такой тесный контакт обеспечивает диффузию кислорода из альвеол в кровь и распределение по клеткам тела.Кроме того, углекислый газ, который вырабатывается клетками в качестве отходов жизнедеятельности, будет диффундировать из крови в альвеолы ​​для выдоха. Анатомическое расположение капилляров и альвеол подчеркивает структурную и функциональную взаимосвязь дыхательной и кровеносной систем. Поскольку в каждом альвеолярном мешочке так много альвеол (~ 300 миллионов на легкое) и так много мешочков в конце каждого альвеолярного протока, легкие имеют губчатую консистенцию. Эта организация производит очень большую площадь поверхности, доступную для газообмена.Площадь поверхности альвеол в легких составляет примерно 75 м 2 2 . Эта большая площадь поверхности в сочетании с тонкостенными альвеолярными паренхиматозными клетками позволяет газам легко диффундировать по клеткам.

Рисунок 11.18.
Терминальные бронхиолы соединяются респираторными бронхиолами с альвеолярными протоками и альвеолярными мешочками. Каждый альвеолярный мешок содержит от 20 до 30 сферических альвеол и имеет вид грозди винограда. Воздух поступает в предсердие альвеолярного мешка, затем циркулирует в альвеолах, где происходит газообмен с капиллярами.Слизистые железы выделяют слизь в дыхательные пути, сохраняя их влажными и гибкими. (Источник: модификация работы Марианы Руис Вильярреаль)

Концепция в действии


Посмотрите следующее видео, чтобы изучить дыхательную систему.

Воздух, которым дышат организмы, содержит твердых частиц , таких как пыль, грязь, вирусные частицы и бактерии, которые могут повредить легкие или вызвать аллергические иммунные реакции. Дыхательная система содержит несколько защитных механизмов, позволяющих избежать проблем или повреждения тканей.В носовой полости волосы и слизь задерживают мелкие частицы, вирусы, бактерии, пыль и грязь, чтобы предотвратить их попадание.

Если частицы действительно выходят за пределы носа или попадают через рот, бронхи и бронхиолы легких также содержат несколько защитных устройств. Легкие производят слизи — липкое вещество, состоящее из муцина , сложного гликопротеина, а также солей и воды, которые задерживают частицы. Бронхи и бронхиолы содержат реснички, небольшие волосовидные выступы, выстилающие стенки бронхов и бронхиол (Рисунок 11.19). Эти реснички бьются в унисон и перемещают слизь и частицы из бронхов и бронхиол обратно в горло, где они проглатываются и выводятся через пищевод.

У человека, например, смола и другие вещества в сигаретном дыме разрушают или парализуют реснички, затрудняя удаление частиц. Кроме того, курение заставляет легкие производить больше слизи, которую поврежденные реснички не могут перемещать. Это вызывает постоянный кашель, поскольку легкие пытаются избавиться от твердых частиц, и делает курильщиков более восприимчивыми к респираторным заболеваниям.

Рисунок 11.19.
Бронхи и бронхиолы содержат реснички, которые помогают выводить слизь и другие частицы из легких. (кредит: Луиза Ховард, модификация работы Дартмутского электронного микроскопа)

Резюме

Дыхательные системы животных предназначены для облегчения газообмена. У млекопитающих воздух в носовой полости нагревается и увлажняется. Затем воздух проходит по глотке через трахею в легкие. В легких воздух проходит через разветвляющиеся бронхи, достигая респираторных бронхиол, в которых находится первое место газообмена.Дыхательные бронхиолы открываются в альвеолярные протоки, альвеолярные мешочки и альвеолы. Поскольку в легком очень много альвеол и альвеолярных мешков, площадь поверхности для газообмена очень велика. Есть несколько защитных механизмов для предотвращения повреждения или заражения. К ним относятся волосы и слизь в носовой полости, которые задерживают пыль, грязь и другие твердые частицы, прежде чем они попадут в систему. В легких частицы улавливаются слоем слизи и транспортируются через реснички к пищеводному отверстию в верхней части трахеи для проглатывания.

Система кровообращения — это сеть сосудов — артерий, вен и капилляров — и насоса, сердца. У всех позвоночных это система с замкнутым контуром, в которой кровь в значительной степени отделена от другого отделения внеклеточной жидкости организма, интерстициальной жидкости, которая является жидкостью, омывающей клетки. Кровь циркулирует внутри кровеносных сосудов и циркулирует в одном направлении от сердца по одному из двух путей кровообращения, а затем снова возвращается к сердцу; это замкнутая кровеносная система.Открытые системы кровообращения встречаются у беспозвоночных животных, у которых циркулирующая жидкость непосредственно омывает внутренние органы, даже если ее можно перемещать с помощью качающегося сердца.

Сердце — это сложная мышца, состоящая из двух насосов: один, перекачивающий кровь через легочную циркуляцию в легкие, а другой, перекачивающий кровь через системный кровоток к остальным тканям тела (и самому сердцу).

Сердце асимметрично, левая сторона больше правой, что коррелирует с разными размерами легочного и системного контуров (Рисунок 11.10). У людей сердце размером со сжатый кулак; он разделен на четыре камеры: два предсердия и два желудочка. Есть одно предсердие и один желудочек с правой стороны и одно предсердие и один желудочек с левой стороны. Правое предсердие получает дезоксигенированную кровь из системного кровообращения через основные вены: верхняя полая вена, отводящая кровь от головы и вен, идущих от рук, а также нижняя полая вена, отводящая кровь из вен. которые исходят из нижних органов и ног.Эта деоксигенированная кровь затем проходит в правый желудочек через трехстворчатый клапан, который предотвращает обратный ток крови. После наполнения правый желудочек сокращается, перекачивая кровь в легкие для реоксигенации. Левое предсердие получает богатую кислородом кровь из легких. Эта кровь проходит через двустворчатый клапан в левый желудочек, где кровь закачивается в аорту. Аорта — это главная артерия тела, по которой насыщенная кислородом кровь поступает к органам и мышцам тела.Этот паттерн перекачивания называется двойной циркуляцией и встречается у всех млекопитающих. (Рисунок 11.20).

Рисунок 11.20. Сердце разделено на четыре камеры, два предсердия и два желудочка. Каждая камера разделена односторонними клапанами. Правая часть сердца получает от тела дезоксигенированную кровь и перекачивает ее в легкие. Левая часть сердца перекачивает кровь к остальному телу.

Основное назначение сердца — перекачивать кровь по телу; это происходит в повторяющейся последовательности, называемой сердечным циклом.Сердечный цикл — это поток крови через сердце, координируемый электрохимическими сигналами, которые заставляют сердечную мышцу сокращаться и расслабляться. В каждом сердечном цикле последовательность сокращений выталкивает кровь, прокачивая ее по телу; за этим следует фаза расслабления, когда сердце наполняется кровью. Эти две фазы называются систолой (сокращением) и диастолой (расслаблением) соответственно (рис. 11.21). Сигнал к сокращению начинается с внешней стороны правого предсердия.Электрохимический сигнал движется оттуда через предсердия, заставляя их сокращаться. Сокращение предсердий заставляет кровь через клапаны попадать в желудочки. Закрытие этих клапанов, вызванное сокращением желудочков, производит «смазанный» звук. К этому времени сигнал прошел по стенкам сердца через точку между правым предсердием и правым желудочком. Затем сигнал заставляет желудочки сокращаться. Желудочки сокращаются вместе, заставляя кровь поступать в аорту и легочные артерии.Закрытие клапанов этих артерий из-за того, что кровь втягивается обратно к сердцу во время расслабления желудочков, производит односложный «дублированный» звук.

Рисунок 11.21 В каждом сердечном цикле серия сокращений (систол) и расслаблений (диастол) перекачивает кровь через сердце и через тело. (а) Во время сердечной диастолы кровь течет в сердце, в то время как все камеры расслаблены. (b) Тогда желудочки остаются расслабленными, в то время как систола предсердий выталкивает кровь в желудочки. (c) Когда предсердия снова расслабляются, систола желудочков выталкивает кровь из сердца.

Работа сердца — это функция клеток сердечной мышцы, или кардиомиоцитов, составляющих сердечную мышцу. Кардиомиоциты — это особые мышечные клетки, которые имеют поперечно-полосатую форму, как скелетные мышцы, но качаются ритмично и непроизвольно, как гладкие мышцы; соседние клетки соединены вставочными дисками, обнаруженными только в сердечной мышце. Эти соединения позволяют электрическому сигналу проходить непосредственно к соседним мышечным клеткам.

Электрические импульсы в сердце создают электрические токи, которые проходят через тело, и их можно измерить на коже с помощью электродов.Эту информацию можно наблюдать в виде электрокардиограммы (ЭКГ), регистрирующей электрические импульсы сердечной мышцы.

Концепция в действии


Посетите следующий веб-сайт, чтобы увидеть в действии кардиостимулятор или систему электрокардиограммы.

Кровь из сердца разносится по телу сложной сетью кровеносных сосудов (рис. 11.22). Артерии забирают кровь от сердца. Основная артерия большого круга кровообращения — аорта; он разветвляется на крупные артерии, по которым кровь поступает к разным конечностям и органам.Аорта и артерии около сердца имеют тяжелые, но эластичные стенки, которые реагируют на перепады давления, вызванные биением сердца, и сглаживают их. Артерии, расположенные дальше от сердца, содержат больше мышечной ткани в стенках, которые могут сжиматься, что влияет на скорость кровотока. Крупные артерии расходятся на второстепенные артерии, а затем на более мелкие сосуды, называемые артериолами, чтобы глубже проникать в мышцы и органы тела.

Артериолы расходятся в капиллярные русла. Капиллярные русла содержат большое количество, от 10 до 100 капилляров, которые разветвляются между клетками тела.Капилляры — это трубки узкого диаметра, которые могут соответствовать одиночным эритроцитам и являются местами обмена питательными веществами, отходами и кислородом с тканями на клеточном уровне. Жидкость также просачивается из крови в интерстициальное пространство из капилляров. Капилляры снова сходятся в венулы, которые соединяются с второстепенными венами, которые, наконец, соединяются с основными венами. Вены — это кровеносные сосуды, по которым кровь с высоким содержанием углекислого газа возвращается к сердцу. Вены не такие толстостенные, как артерии, так как давление ниже, и у них есть клапаны по всей длине, которые предотвращают обратный ток крови от сердца.По основным венам кровь отводится от тех же органов и конечностей, что и по основным артериям.

Рис. 11.22 Артерии тела, обозначенные красным, начинаются у дуги и ветви аорты, чтобы снабжать органы и мышцы тела насыщенной кислородом кровью. Вены тела, обозначенные синим цветом, возвращают кровь к сердцу. Легочные артерии окрашены в синий цвет, чтобы отразить тот факт, что они дезоксигенированы, а легочные вены — красные, что свидетельствует о том, что они насыщены кислородом. (Источник: модификация работы Марианы Руис Вильярреаль)

Дыхательные системы животных предназначены для облегчения газообмена.У млекопитающих воздух в носовой полости нагревается и увлажняется. Затем воздух проходит через глотку и гортань через трахею в легкие. В легких воздух проходит через разветвляющиеся бронхи, достигая респираторных бронхиол. Дыхательные бронхиолы открываются в альвеолярные протоки, альвеолярные мешочки и альвеолы. Поскольку в легком очень много альвеол и альвеолярных мешков, площадь поверхности для газообмена очень велика.

Кровеносная система млекопитающих — это замкнутая система с двойной циркуляцией, проходящей через легкие и тело.Он состоит из сети сосудов, содержащих кровь, которая циркулирует из-за перепада давления, создаваемого сердцем.

Сердце содержит два насоса, которые перемещают кровь по легочному и системному кровообращению. Есть одно предсердие и один желудочек с правой стороны и одно предсердие и один желудочек с левой стороны. Прокачка сердца — это функция кардиомиоцитов, отличительных мышечных клеток, которые имеют поперечно-полосатую форму, как скелетные мышцы, но качаются ритмично и непроизвольно, как гладкие мышцы.Сигнал на сокращение начинается в стенке правого предсердия. Электрохимический сигнал заставляет два предсердия сокращаться в унисон; затем сигнал заставляет желудочки сокращаться. Кровь из сердца разносится по телу сложной сетью кровеносных сосудов; артерии забирают кровь от сердца, а вены возвращают кровь к сердцу.

Глоссарий

альвеола: (множественное число: альвеолы) (также воздушные мешочки) конечная структура легочного прохода, где происходит газообмен

аорта: основная артерия, по которой кровь от сердца поступает в систему кровообращения

артерия: кровеносный сосуд, отводящий кровь от сердца

атриум: (множественное число: предсердие) камера сердца, которая принимает кровь из вен

двустворчатый клапан: одностороннее отверстие между предсердием и желудочком в левой части сердца

бронхи: (единственное число: бронх) более мелкие ветви хрящевой ткани, отходящие от трахеи; воздух направляется через бронхи в область, где происходит газообмен в альвеолах

бронхиола: дыхательный путь, идущий от главного бронха до альвеолярного мешка

капилляр: наименьший кровеносный сосуд, по которому проходят отдельные клетки крови и место диффузии кислорода и обмена питательными веществами

сердечный цикл: Наполнение и опорожнение сердца кровью, вызванное электрическими сигналами, которые заставляют сердечные мышцы сокращаться и расслабляться

закрытая система кровообращения: система, в которой кровь отделена от межклеточной жидкости организма и содержится в кровеносных сосудах

диафрагма: скелетная мышца, расположенная под легкими, которая окружает легкие в грудной клетке

диастола: фаза расслабления сердечного цикла, когда сердце расслаблено и желудочки наполняются кровью

электрокардиограмма (ЭКГ): запись электрических импульсов сердечной мышцы

нижняя полая вена: большая вена тела, возвращающая кровь из нижних частей тела в правое предсердие

гортань: голосовой ящик, расположенный в горле

носовая полость: отверстие дыхательной системы во внешнюю среду

открытая система кровообращения: система кровообращения, в которой кровь смешивается с интерстициальной жидкостью в полости тела и непосредственно омывает органы

глотка: глотка

главный бронх: (также главный бронх) область дыхательных путей в легком, которая прикрепляется к трахее и раздваивается, образуя бронхиолы

малое кровообращение: поток крови от сердца через легкие, где происходит оксигенация, а затем обратно к сердцу

верхняя полая вена: основная вена тела, по которой кровь из верхней части тела возвращается в правое предсердие

системный кровоток: кровоток от сердца к мозгу, печени, почкам, желудку и другим органам, конечностям и мышцам тела, а затем обратно к сердцу

систола: фаза сокращения сердечного цикла, когда желудочки перекачивают кровь в артерии

трахея: хрящевая трубка, по которой воздух транспортируется из горла в легкие

трехстворчатый клапан: одностороннее отверстие между предсердием и желудочком в правой части сердца

вена: кровеносный сосуд, по которому кровь возвращается к сердцу

желудочек: (сердца) большая камера сердца, которая перекачивает кровь в артерии

Водное дыхание | Научный проект

  • Две одинаковые рыбные миски
  • Две золотые рыбки, одна маленькая и одна большая (оставьте этих рыбок в качестве домашних животных после эксперимента или отдайте их другу, который хотел бы о них позаботиться)
  • Большая прозрачная пластиковая миска
  • Кубики льда
  • Кондиционер для воды
  • Две мерные чашки ½ стакана
  • Горячая вода
  • Секундомер
  1. Поместите рыбу в одинаковые миски.
  2. Установите секундомер на одну минуту и ​​посчитайте, сколько раз более мелкая рыба дышит за одну минуту. Вы можете следить за тем, сколько раз закрывается жаберная крышка или сколько раз открывается рот, но будьте последовательны. Повторите три раза, затем вычислите среднее значение.
  3. Снова установите секундомер и проделайте то же самое с более крупной рыбой.
  4. Добавьте кондиционер для воды в ½ стакана воды. Вылейте его в миску с более мелкой рыбой и в течение следующей минуты измеряйте ее дыхание.Проделайте то же самое с миской с более крупной рыбой. Запишите свои наблюдения за поведением рыбы.
  5. Наконец, поместите первую миску с рыбой в большую емкость, полную холодной воды.
  6. Поместите термометр в емкость и запишите температуру.
  7. Добавьте кубики льда в емкость.
  8. Установите секундомер. Записывайте частоту дыхания рыбы в минуту, пока температура воды не перестанет меняться.
  9. Повторите шаги с 4 по 8 с другой рыбой.
  10. Изобразите полученные результаты на линейном графике. Горизонтальная линия должна показывать, сколько раз у рыбы были костные лоскуты (жаберная крышка), а вертикальная линия — температуру воды. Есть ли связь между температурой воды и частотой дыхания рыб?

Рыбы больше дышат в теплой воде. Они также больше дышат, когда возбуждены или напуганы водой, текущей в их миску. Частота дыхания мелкой рыбы выше, чем у крупной.

Дыхание — это процесс перемещения воздуха в легкие и из легких с помощью органов дыхания.Вы дышите через рот или нос. Рыбы дышат жабрами, которые скрыты под жаберной крышкой. Когда вы наблюдаете, как дышит рыба, вы на самом деле видите движение жаберной крышки.

Дыхание — это то, что происходит, когда вы перемещаете кислород из окружающей среды в свои клетки. Углекислый газ выходит из клеток в окружающую среду. У животных обмен газов происходит в крошечных кровеносных сосудах, называемых капиллярами.

Вы дышите больше в разное время? Когда вы занимаетесь спортом или возбуждены, вы, вероятно, дышите быстрее.Как и мы, костлявые рыбы используют свою жабицу, чтобы изменить то, как вода течет по их жабрам. Они также могут изменить скорость дыхания. По мере того, как вода наливается в их миску, рыба перемещается больше. То же самое происходит во время упражнений: вам нужно больше дышать, потому что вы расходуете энергию, а для поддержания процессов в организме вам нужен кислород.

На суше или в воде мелкие животные, как правило, имеют более быстрый метаболизм, чем более крупные.Метаболизм относится к химическим процессам в организме, которые помогают животному жить. Маленькие животные часто подвергаются большей опасности быть съеденными, поэтому им нужно быстро перемещаться и перерабатывать энергию.

Что произошло, когда вы охладили воду? В теплой воде меньше кислорода, поэтому рыбе нужно чаще дышать в теплой воде. В более прохладной воде они дышат реже.

Заявление об ограничении ответственности и меры предосторожности

Education.com предлагает идеи проекта Science Fair для информационных целей. только для целей.Education.com не дает никаких гарантий или заверений относительно идей проектов Science Fair и не несет ответственности за любые убытки или ущерб, прямо или косвенно вызванные использованием вами таких Информация. Получая доступ к идеям проектов Science Fair, вы отказываетесь от отказаться от любых претензий к Education.com, которые возникают в связи с этим. Кроме того, ваш доступ к веб-сайту Education.com и идеям проектов Science Fair покрывается Политика конфиденциальности Education.com и Условия использования сайта, которые включают ограничения по образованию.ком ответственность.

Настоящим дается предупреждение, что не все идеи проекта подходят для всех индивидуально или при любых обстоятельствах. Реализация идеи любого научного проекта должны проводиться только в соответствующих условиях и с соответствующими родительскими или другой надзор. Прочтите и соблюдайте правила техники безопасности всех Материалы, используемые в проекте, являются исключительной ответственностью каждого человека. Для Для получения дополнительной информации обратитесь к справочнику по научной безопасности вашего штата.

Кожное дыхание — обзор

Современные амфибии — Lissamphibia

Самые последние исследования показывают, что современные амфибии (Lissamphibia) являются монофилетическими (т. Е. Имеют общего предка). Было предложено множество моделей родства, но недавнее открытие Gerobatrachus hottoni из Перми и повторный анализ существующих данных показывают, что лягушки и саламандры имели общего предка около 290 млн лет назад. Gerobatrachus — амфибия, похожая на саламандру, с черепом и другими особенностями головы, аналогичными лягушачьим.Таким образом, цецилии, которые намного старше, являются сестрой клады лягушки-саламандры. Нижнетриасовая лягушка, Triadobatrachus massinoti , с Мадагаскара, показывает возможную связь с диссорофидными темноспондилами. T. massinoti разделяет с ними большую лакуну в чешуйчатой ​​кости, в которой, возможно, располагалась барабанная перепонка. Ни у саламандр, ни у цецилий нет барабанной перепонки, хотя у них сильно уменьшено среднее ухо, что предполагает независимую потерю структур наружного уха.

Ряд других уникальных черт убедительно доказывают монофилию Lissamphibia.Все они полагаются на кожное дыхание, пару сенсорных сосочков во внутреннем ухе, два канала передачи звука во внутреннем ухе, специализированные зрительные клетки в сетчатке, зубы на ножке, наличие двух типов кожных желез и несколько других уникальных черты.

Три структуры: жабры, легкие и кожа служат дыхательными поверхностями у лизамфибий; два из них часто работают одновременно. Водные земноводные, особенно личинки, используют жабры; наземные формы используют легкие.Как в воздухе, так и в воде кожа играет важную роль в переносе кислорода и углекислого газа. Одна группа наземных амфибий, полнокровные саламандры, потеряла легкие, а некоторые водные таксоны также потеряли легкие или сильно их уменьшили; эти земноводные полностью полагаются на кожное дыхание. Все виды, совершающие выпад, используют механизм принудительного насоса для перемещения воздуха в легкие и из них. У всех живых земноводных есть два типа кожных желез: слизистые и зернистые (ядовитые) железы. Слизистые железы постоянно выделяют мукополисахариды, которые поддерживают влажность поверхности кожи для кожного дыхания.Хотя структура ядовитых желез идентична у всех земноводных, токсичность различных производимых выделений сильно варьируется, от едва раздражающих до смертельных для хищников.

В слуховой системе земноводных имеется один канал, общий для всех четвероногих, — канал стремечко – базилярный сосочек. Другой канал, глазнично-земноводный сосочек, позволяет принимать низкочастотные звуки (<1000 Гц). Обладание двумя типами рецепторов может показаться не особенным для лягушек, потому что они голосовые животные.Для почти немых саламандр двойной слуховой аппарат кажется странным и избыточным. У саламандр и лягушек на сетчатке есть зеленые палочки; эти структуры предположительно отсутствуют у дегенеративных глазных цецилий. Зеленые палочки встречаются только у земноводных, и их конкретная функция остается неизвестной.

Зубы современных амфибий состоят из двух частей: удлиненное основание (ножка) закреплено в челюстной кости, а коронка выступает над десной. Каждый зуб обычно сужен в месте прикрепления коронки к ножке.По мере того как коронки изнашиваются, они высвобождаются в месте сужения и заменяются новой коронкой, выходящей изнутри ножки. Немногие из ныне живущих земноводных лишены зубов на ножке. Среди вымерших «земноводных» зубы на ножке встречаются лишь у нескольких диссорфид.

У живых земноводных есть и другие уникальные черты. У всех есть жировые тела, которые развиваются из зародышевого гребня эмбриона и сохраняют связь с гонадами у взрослых. Лягушки и саламандры — единственные позвоночные животные, способные поднимать и опускать глаза.Костная орбита всех земноводных открывается в нёбо. Специальная мышца, натянутая поперек этого отверстия, приподнимает глаз. Ребра у земноводных не охватывают тело.

Противоточный кислородный обмен у рыб

Как и наземные животные, рыбам для выживания нужен кислород, но вместо того, чтобы дышать воздухом, рыбы извлекают кислород из окружающей воды. Это нелегкий подвиг, потому что воздух может содержать в 33 раза больше кислорода, чем вода, поэтому рыба должна дышать гораздо эффективнее, чем наземные животные.К счастью, у рыб появился умный способ преодолеть недостаток кислорода в окружающей среде с помощью своих узкоспециализированных жабр. Жабры — это место, где рыба поглощает в кровь кислород из окружающей воды. Однако кислород может диффундировать в кровь через жабры только в том случае, если уровень кислорода в воде выше, чем в крови, то есть кислород должен течь из области с высоким уровнем в область с низким уровнем.

Жабры рыб используют конструкцию, называемую «противоточным кислородным обменом», чтобы максимально увеличить количество кислорода, которое может уловить их кровь.Они достигают этого, максимально увеличивая количество времени, в течение которого их кровь подвергается воздействию воды с более высоким уровнем кислорода, даже если кровь потребляет больше кислорода. Противоточный кислородный обмен (показанный на рисунке выше) означает, что кровь течет через жабры в направлении, противоположном потоку воды по жабрам. Такой режим потока гарантирует, что по мере того, как кровь проходит через жабры и получает кислород из воды, она встречает все более свежую воду с более высокой концентрацией кислорода, которая способна непрерывно переносить кислород в кровь.Кровь с низким содержанием кислорода, которая только поступает в жабры, встречается с водой с низким содержанием кислорода. Поскольку в воде больше кислорода, кислород может поступать из воды в кровь. Точно так же кровь с высоким содержанием кислорода, которая прошла почти всю длину жабр, встречается со свежей водой с высоким содержанием кислорода, и кислород продолжает поступать из воды в кровь.

Если бы у рыбы вместо этого была кровь, текущая в том же направлении, что и вода, через их жабры (так называемый «параллельный поток» ) , кровь с низким содержанием кислорода, поступающая в жабры, сначала встретила бы воду с высоким содержанием кислорода, также поступающую в жабры.Кислород быстро переходил из воды в кровь, пока уровни кислорода в крови и воде не становились одинаковыми, и диффузия кислорода в кровь не прекращалась. Максимальное количество кислорода, которое может уловить кровь, составляет лишь половину от общего количества кислорода в воде. Напротив, противоточный кислородный обмен позволяет крови поглощать 90 процентов кислорода из воды. Эта впечатляющая способность приобретать кислород позволяет рыбам процветать в воде, уровень кислорода в которой составляет лишь десятую часть от уровня на вершине Эвереста, где большинство людей не могут выжить без дополнительного кислорода.Это просто показывает, что рыбы действительно умеют дышать.

Рыбы оптимизируют восприятие и дыхание во время волнообразного плавания

Уход за животными

Эксперименты проводились на радужной форели ( Oncorhynchus mykiss ), экологически и коммерчески важном виде, обитающем во всем мире. Все протоколы исследований были одобрены Комитетом по уходу и использованию животных в Университете Флориды. Форель содержали в 4731 круглом резервуаре с пресной водой, поддерживаемом при температуре 15 ± 1 ° C (DS-4-TXV Delta Star Chiller, Aqua Logic) при цикле свет / темнота 12 часов / 12 часов, и ежедневно скармливали коммерческой форелевой поддоны.Все показанные значения являются средними ± s.e.m.

Кинематика головы

Форель плыла со скоростью от 0,5 до 5 л с −1 в резервуаре с рециркуляцией ( л = 18,5 ± 0,8 см, n = 8 рыб). Мы записывали кинематику плавания с помощью двух синхронизированных высокоскоростных камер с высоким разрешением (вид снизу и сбоку) со скоростью 250 кадров в секунду. Для каждого человека было проведено пять испытаний на каждой скорости плавания, причем каждое испытание состояло из трех последовательностей ударов хвостом. Мы использовали настраиваемые скрипты для извлечения срединных линий тела и анализа данных (Matlab, Mathworks).Мы количественно оценили движения головы, построив прямую линию, чтобы представить область между мордой и основанием черепа (то есть линию головы). Мы рассчитали рыскание как угол между линией головы и осью направления плавания, а вертикальную тягу — как движение линии головы из стороны в сторону. Мы использовали синусоидальное движение для моделирования вертикальной и горизонтальной вертикали, и на основании этого рассчитали разность фаз. Чтобы определить взаимосвязь между разностью фаз и скоростью плавания, мы провели линейную регрессию по данным для всех рыб и получили значение R 2 .

Электромиография (ЭМГ)

Эксперименты с ЭМГ проводили по тому же протоколу, что и в предыдущей работе 36 . Вкратце, два электрода ЭМГ были вставлены в поверхностные аксиальные красные мышцы с обеих сторон головы. Эксперименты проводились на трех скоростях (1,8, 3,5 и 5 L с -1 ), во время которых регистрировались одновременно ЭМГ и кинематические данные с частотой дискретизации 4000 Гц и 250 кадров в секунду соответственно. Для каждого человека было проведено пять испытаний на каждой скорости.Каждое испытание состояло из четырех последовательностей ударов хвостом. Мы отфильтровали данные ЭМГ с использованием скользящего среднего (размер окна = 0,025 с) и рассчитали начало, относительную интенсивность и продолжительность каждого мышечного взрыва. Мы измерили относительную силу каждого всплеска как произведение его относительной интенсивности и продолжительности. Относительную интенсивность рассчитывали как среднюю амплитуду спайков для выпрямленного мышечного разрыва и нормировали на максимальную среднюю амплитуду спайков.

Для каждого удара хвостом мы вычислили временную задержку между началом мышечной активности и максимальным углом головы (задержкой) на основе кинематических данных.Мы использовали непарный T -тест, чтобы оценить, существенно ли различались измеряемые переменные между средними и высокими скоростями (отсутствие мышечной активности на самой низкой скорости). Данные были собраны по пяти форелям, хотя наш анализ данных был сосредоточен на исчерпывающих наборах данных по двум особям ( L, = 16,2 и 16,8 см).

Респираторно-локомоторная связь

Данные о буккальной помпе были взяты из видеопоследовательностей, когда рыба плавала менее 2 л с −1 (70 событий проанализировано от пяти особей).На более высоких скоростях плавания рыба перешла на таранную вентиляцию, как было показано ранее 37 . Мы вручную оцифровали движения головы, рта и глаз. Мы использовали метод взаимной корреляции для расчета разности фаз между движениями головы и жаберных крышек, на основании чего мы оценили синхронность между дыханием и движением с помощью теста Рэлея. Мы проверили нашу гипотезу о респираторно-опорно-двигательном соединении с несколькими другими видами актиноптеригов, включая Джека Кревалля ( Caranx hippos ), синей рыбы ( Pomatomus saltatrix ), красного барабанчика ( Sciaenops ocellatus ), полосатой кефали ( Mugil cephalus). ), черный барабан ( Pogonias chromis ) и пятнистая морская форель ( Cynoscion nebulosus ).

Физическая модель рыбы

Мы получили сохраненный образец радужной форели из Музея естественной истории Флориды (лот № 99345) и отсканировали тело с помощью ZScanner 700 (Z Corporation R ). Мы реконструировали трехмерную (3D) модель системы автоматизированного проектирования (САПР) из отсканированных изображений с помощью программ Rhinoceros (v5) и Meshlab (v1.3.3). На основе этого мы создали био-вдохновенную физическую модель, которая состояла из твердой головы, гибкого (но не сочлененного) позвоночника и мягкого тела.Хребет включал позвоночный столб с наклонными нервными и гемальными шипами (~ 30 °) и срединные плавники (хвостовой, анальный и спинной). Голова, позвоночник и форма рыбы были напечатаны на 3D-принтере из акрилонитрилбутадиенстирольного пластика (АБС) с использованием Makerbot Replicator 2X (MakerBot R Industries LLC). Мы поместили напечатанную головку и каркас в форму и ввели жидкий пластизоль, чтобы заполнить остальную часть тела (LureCraft Inc.). Эта модульная конструкция из нескольких материалов позволила нам итеративно регулировать жесткость модели, изменяя толщину позвоночника и податливость тела, пока мы не пришли к движениям, подобным рыбе.Итоговая модель имела общую длину 18 см. Ширина позвоночника составляла 0,1 см, а высота — 0,7 см, за исключением области головы, где она составляла 2 см, чтобы учесть большие изгибающие силы, создаваемые головой.

Эксперименты по движению

Мы измерили производительность физической модели рыбы в резервуаре с рециркуляцией потока в Гарвардском университете. Модель была подключена к роботизированному контроллеру, оснащенному шестиосевым датчиком силы / крутящего момента ATI Nano-17 (ATI Inc.) через 8-миллиметровый стержень из нержавеющей стали 38 .Контроллер имел две степени свободы, что позволяло одновременно наклонять и отклонять модель 39 . Мы использовали синусоидальное движение для обеих степеней свободы,

, где мы поддерживали постоянную амплитуду вертикальной качки и рыскания на уровне A h = 1 см и A θ = 10 °, соответственно. Мы оценили производительность модели при одной скорости потока (0,8 L с −1 ) как функцию частоты и разности фаз между вертикальной и горизонтальной вертикалью ( f = 0.5–2,5 Гц с шагом 0,25 Гц, ϕ = 0 ° –360 ° с шагом 30 °). Для всех экспериментов мы регистрировали движущие силы и крутящие моменты на монтажном стержне в течение десяти циклов удара хвостом. По этим измерениям мы рассчитали тягу и мощность 40 . Чтобы оценить производительность модели во время устойчивого плавания, мы определили комбинации параметров срабатывания, при которых создаваемая тяга была равна сопротивлению, создаваемому потоком в течение цикла ударов хвостом. Чтобы учесть сопротивление стержня, мы повторили эксперименты со стержнем без физической модели и вычли эти значения из исходных экспериментов.Мы рассчитали стоимость транспортировки (CoT) каждой комбинации движений, разделив мощность на скорость, где низкий CoT означает высокую тяговую эффективность. Чтобы оценить погрешность наших результатов, несколько экспериментов были выбраны случайным образом и повторены несколько раз. Стандартная ошибка во всех случаях составляла <5%.

Сравнение кинематики плавания живой рыбы и физической модели

Мы определили комбинации движений, которые дали самый низкий и самый высокий CoT, и записали кинематику плавания физической модели с высокоскоростным видео (250 кадров в секунду).После извлечения срединных линий всего тела мы рассчитали амплитуду и фазовую огибающую, используя анализ Фурье 41 . Мы представили боковое движение каждой точки вдоль средней линии с помощью периодической синусоидальной функции. Мы оценили параметры синусоидальной функции (амплитуду, частоту и фазу), используя алгоритм наименьших квадратов, минимизируя ошибку между фактическим и прогнозируемым движением во времени. Учитывая, что все точки вдоль средней линии колебались с одинаковой частотой, можно было проанализировать, как меняются значения амплитуды и фазы вдоль тела.Мы сравнили амплитудную и фазовую огибающие физической модели с рассчитанными для живой рыбы.

Модель давления

Мы представляем теоретическую модель для оценки распределения давления вокруг динамически движущейся жесткой головки (обратите внимание, что эту модель нельзя использовать для прогнозирования распределения давления для гибкого тела). В предположении безвихревого потока и эффектов нулевого пограничного слоя распределение гидродинамического давления вокруг головы было аппроксимировано уравнением нестационарного потенциального потока

, где ρ — плотность воды, а φ — потенциал скорости 11 .Потенциал скорости был записан как

, где U и V — прямая и поперечная скорость головы, соответственно. f и l — две скалярные функции, которые варьируются в зависимости от положения головки в прямом и поперечном направлениях соответственно. Расширение уравнения потенциального потока привело к модели давления-кандидата с девятью членами,

, где Ω — угловая скорость напора. Коэффициенты C 1 C 9 указывают вклад каждого члена и зависят от геометрии головки.Мы следовали подходу, основанному на данных, для оценки коэффициентов на основе экспериментальных измерений, так как было трудно получить коэффициенты теоретически.

Эксперименты по давлению с физической моделью рыбы

Наши головы, напечатанные на 3D-принтере, были спроектированы с четырьмя отверстиями, расположенными от носа до жаберной крышки вдоль горизонтальной линии. В каждое отверстие мы встроили датчик микродавления хирургического класса с диаметром наконечника 1 мм (Millar Co.). Мы активировали физическую модель, как и раньше, но в более широком диапазоне скоростей (от 0 до 2 L с −1 , в 0.25 L с −1 инкрементов). Мы одновременно записали данные о давлении и кинематике с помощью Labview (National Instruments) на частоте 1000 Гц. Мы рассчитали переменные U , V и Ω по кинематическим данным. Мы отфильтровали данные давления, используя фильтры нижних и верхних частот с частотами среза 1 и 20 Гц соответственно. В целом, наши данные включали временной ряд из трех кинематических переменных (вход) и четырех измерений давления (выход). Мы разделяем данные на две половины, состоящие из (i) обучающих данных для оценки коэффициентов модели и (ii) данных проверки для оценки производительности модели.

Обучение и проверка модели давления

Мы оценили коэффициенты модели давления, используя алгоритм оценки ортогональных параметров 42 . Одним из преимуществ алгоритма оценки ортогональных параметров перед классическими методами наименьших квадратов является то, что он дает указание на значимость условий модели. Это позволяет убрать незначительные сроки и дает более экономные модели 43,44 . Во-первых, была определена вспомогательная модель таким образом, чтобы члены модели были ортогональны по набору обучающих данных.Затем коэффициент каждого члена вспомогательной модели оценивался методом наименьших квадратов. Индивидуальный вклад каждого члена в желаемую дисперсию выходных данных был измерен с использованием коэффициента уменьшения ошибок 42 . Члены с вкладом меньше заданного порога были удалены из модели, а коэффициенты оставшихся членов были пересчитаны. Этот итерационный процесс продолжался до тех пор, пока вспомогательная модель не прошла проверку на достоверность модели 45 . Мы перенесли вспомогательную модель из ортогонального в евклидово пространство, чтобы получить реальную модель давления.Мы пришли к окончательной модели давления,

, где C 1 C 3 варьируются в зависимости от положения вдоль головки (дополнительная таблица 1). Мы оценили производительность модели, используя набор данных проверки, сравнив измеренное и прогнозируемое давление. В частности, мы вычислили среднюю абсолютную разность и коэффициент корреляции.

Измерения давления на свободно плавающих рыбах

Кроме того, мы проверили предсказательную силу модели давления на свободно плавающих рыбах ( n = 5 рыб).Для этого мы разработали методику оснащения свободно плавающей рыбы датчиками давления (теми же датчиками, которые использовались в экспериментах с физической моделью). Три датчика прикрепляли вдоль кожи рыбы с помощью шовной нити (один на рыле, один на левой крышечке и один на правой крышке). После выздоровления после операции форель плавала в проточном резервуаре со скоростью от 1 до 5 л с −1 . Мы использовали аналого-цифровой преобразователь Powerlab 16SP (ADInstruments) для записи сигналов давления с частотой дискретизации 1000 Гц.Одновременно мы измеряли кинематику плавания с помощью высокоскоростной камеры с частотой дискретизации 250 кадров в секунду. Данные давления были предварительно обработаны, как описано ранее. Мы вычислили кинематические переменные U , V и Ω и ввели их в модель давления. Затем мы сравнили измеренное давление с прогнозируемым давлением. Чтобы оценить, мешают ли датчики давления естественным движениям рыб при плавании, мы сравнили кинематику плавания рыб с контрольными данными и не обнаружили каких-либо существенных различий.

Эффекты самодвижения при распознавании боковой линии

Запись от боковой линии свободно плавающей рыбы чрезвычайно затруднена при использовании современных технологий. Поскольку самогенерируемые давления имеют прямую связь с отклонением нейромаста и активностью волосковых клеток 46,47 , мы использовали модель давления, чтобы оценить, как на распределение давления вокруг головы влияет разность фаз между вертикальными и поворотными движениями головы. Для скоростей плавания от 1 до 5 L с -1 мы смоделировали распределение давления вокруг головы как функцию разности фаз (0 ° –360 ° с шагом 5 °).Для каждой скорости мы сохранили кинематические переменные (частота колебаний, амплитуды вертикального и вертикального рыскания), идентичные тем, которые наблюдаются у свободно плавающих рыб.

Давление, создаваемое внешними стимулами

Чтобы лучше оценить, будут ли значения самогенерируемого давления иметь значение для живой рыбы, мы сравнили значения самогенерируемого давления со значениями, создаваемыми внешним стимулом, обнаруженным в окружающей среде. Мы аппроксимировали эти давления как дипольный источник,

, где r и γ — это, соответственно, относительное расстояние и угол от стимула, f и X 0 — соответственно частота колебаний и амплитуда стимула, а A — размер стимула 48 .Значения, выбранные для биологически реалистичного стимула, были r = 0,6 L , γ = 0 °, f = 6,7 Гц, a = 0,2 L , X 0 = 0,02 L . Мы рассчитали отношение сигнал / шум как отношение давлений, создаваемых внешними стимулами (сигналом) и самогенерируемыми давлениями (шумом).

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.