Дыхание организмов. Газообмен
Поддержание обмена веществ. Подавляющее большинство живых организмов для дыхания нуждаются в постоянном поступлении кислорода. Кислород усваивается организмом либо из атмосферного воздуха, либо из воды, в которой он растворен. Дыхание – это процесс, посредством которого живые организмы высвобождают энергию из питательных веществ. Когда дыхание протекает в клетках, его называют клеточным (тканевым) или внутренним дыханием. (Процесс клеточного дыхания был рассмотрен в § 13.) Если для этого процесса требуется кислород, то дыхание называют аэробным. Если же реакции происходят в отсутствие кислорода, то дыхание анаэробное. Анаэробными организмами являются некоторые бактерии, получающие энергию в процессе бескислородного расщепления углеводов или аминокислот. Анаэробами являются, например, такие бактерии, как палочки ботулизма и гангрены. Клеточное (внутреннее) дыхание не следует путать с двумя процессами: поглощением кислорода из окружающей среды и выделением углекислого газа в среду. В совокупности эти два процесса составляют газообмен, или внешнее дыхание.
Газообмен. Внешнее дыхание, или газообмен, представляет собой совокупность процессов, обеспечивающих поступление в организм кислорода для использования его в биологическом окислении органических веществ и удаление из организма углекислого газа, образовавшегося в процессе окисления. Каким бы ни был процесс дыхания – аэробным или анаэробным, между организмом и средой непрерывно должен происходить обмен газами. Аэробным организмам для окисления питательных веществ и получения энергии нужен поступающий из окружающей среды кислород, а в окружающую среду аэробы и большинство анаэробов выделяют конечный продукт дыхания – углекислый газ.
|
|
|
Газообмен у растений. Интенсивность обмена веществ у растений меньше, чем у животных. Процесс газообмена у растений, с одной стороны, обеспечивает дыхание (т. е. поступление кислорода и выделение углекислого газа), а с другой – снабжает углекислым газом и выводит кислород при фотосинтезе. У некоторых низших растений (у водорослей) газообмен осуществляется путем диффузии газов через всю поверхность, а у крупных цветковых растений кислород в основном поступает через устьица листьев (и зеленых стеблей у травянистых растений). Внутри растения кислород поступает в воздухоносные межклетники, а затем достигает клеток и растворяется во влаге, покрывающей клеточные стенки. Отсюда кислород диффундирует уже внутрь клеток. Углекислый газ движется по растению тем же путем, но в обратном направлении. Таким образом, все растения, животные и бактерии (за исключением организмов-анаэробов) поглощают кислород из внешней среды и в нее же выделяют углекислый газ, хотя пути газообмена у разных организмов различны.
|
|
|
Экскреция как процесс саморегуляции организма
В процессе обмена веществ в органах и тканях образуются различные отходы, которые должны выводиться из организма. Эти продукты образуются при распаде органических веществ: белков, нуклеиновых кислот, жиров и др. Если они накапливаются свыше определенной концентрации, то возникает угроза нарушения нормального течения основных физиологических процессов.
Экскреция и дефекация. Выведение из организма ненужных ему веществ, продуктов обмена, которые могли бы привести к нарушению постоянства состава внутренней среды организма, называется экскрецией.
Экскреция – важный процесс, характерный для живых организмов. В той или иной мере экскреция способствует сохранению постоянства внутренней среды организма в условиях изменяющейся внешней среды.
Помимо «отходов», из организма выводятся также и другие вещества, например не образующиеся в самом организме. В этом случае речь идет не об экскреции, а о дефекации – удалении из организма балластных веществ (главным образом непереваренных остатков пищи), которые никогда не участвовали в обмене веществ.
|
|
|
Экскреция у растений. У растений экскреция осуществляется намного проще, чем у животных. Это объясняется различиями в физиологических процессах и образе жизни растений и животных. Зеленые растения в результате фотосинтеза образуют в нужном количестве все необходимые им органические вещества. Например, в растении синтезируется столько белка, сколько его необходимо в данный момент. Растения никогда не синтезируют белок в избытке и поэтому очень мало выделяют продуктов обмена веществ, содержащих азот. В ходе обменных процессов у растений образуются основные конечные продукты: газообразный кислород, углекислый газ и вода. Эти же продукты могут вновь использоваться как исходные вещества для реакций других процессов – фотосинтеза, дыхания. Единственный продукт, выделяемый растениями на свету в избытке,– это газообразный кислород. Кислорода при фотосинтезе образуется гораздо больше, чем требуется растению для дыхания, поэтому избыток кислорода переходит из клеток в окружающую среду путем диффузии. Многие органические отходы обмена веществ откладываются у растений в омертвевших тканях (например, в древесине), а также в листьях и коре, которые периодически сбрасываются. Подлежащие удалению вещества выносятся не только с опадающими листьями, но и с лепестками цветков, плодами и семенами, хотя экскреция не является главной функцией этих органов. У водных растений основная масса продуктов обмена веществ переходит путем диффузии непосредственно в окружающую водную среду.
|
|
|
Экскреция у животных. Возможным местом экскреции может быть любая проницаемая поверхность, которая напрямую связана с внешней средой. К таким поверхностям относятся наружная плазматическая мембрана одноклеточных организмов, покровы низших беспозвоночных, мальпигиевы сосуды у паукообразных и насекомых; почки, жабры и кожа рыб; почки, легкие и кожа земноводных, пресмыкающихся, птиц, млекопитающих.
Размножение организмов
Размножение – основное свойство живых организмов. Способность производить новое поколение особей того же вида является основным свойством живых организмов. В процессе размножения происходит передача генетического материала от родительского поколения следующему, дочернему поколению, что обеспечивает воспроизведение признаков не только организмов данного вида, но и конкретных родительских особей. Следовательно, размножение – необходимое условие непрерывности существования вида и преемственности последовательных поколений внутри вида. При определенных условиях размножение может существенно увеличить общую численность вида.
Таким образом, размножение – это присущее всем организмам свойство воспроизводить себе подобных, что обеспечивает непрерывность и преемственность жизни. Различают две формы размножения – бесполое и половое.
Бесполое размножение. О формах бесполого размножения вы узнали при изучении разделов «Растения» и «Животные». Напомним, что в бесполом размножении участвует обычно одна особь. При бесполом размножении, как правило, образуются генетически идентичные потомки, а единственным источником генетической изменчивости служат случайные изменения (мутации). Высшие животные не способны к бесполому размножению. Эта форма размножения широко распространена у растений, грибов, бактерий и некоторых примитивных животных.
Способы бесполого размножения. Существует несколько способов бесполого размножения: деление клеток, спорообразование, почкование, размножение фрагментами тела (фрагментация), вегетативное размножение.
Половое размножение. Половое размножение связано с образованием и слиянием половых клеток – гамет. При оплодотворении гаметы сливаются, образуя зиготу, из которой развивается зрелый организм. Гаметы содержат одинарный (гаплоидный) набор хромосом (n), полученный ими в результате мейоза. В зиготе благодаря оплодотворению восстанавливается диплоидный набор хромосом (2n) с новой комбинацией наследственных признаков.
Гаметы обычно бывают двух типов – мужские и женские, но некоторые примитивные организмы (например, многие одноклеточные водоросли) производят гаметы одного типа. Гаметы двух типов могут производить соответственно мужские и женские родительские особи. Но может быть и так, что у одной и той же особи имеются и женские, и мужские половые органы. Виды, у которых существуют отдельно мужские и женские особи, называют раздельнополыми, таковы большинство животных. Среди покрытосеменных растений тоже встречаются раздельнополые виды. Например, у однодомных видов растений мужские и женские цветки образуются на одном и том же растении (огурец, кукуруза), а у двудомных – одни растения несут только женские цветки, а другие – только мужские (остролист, облепиха).
Особые случаи полового размножения – партеногенез и гермафродитизм. Партеногенез (от греч. parthenos – девственница, genesis – происхождение).
Гаметогенез и оплодотворение
Гаметогенез. У большинства организмов гаметы (половые клетки) образуются в специальных органах. У покрытосеменных растений спермии развиваются в пыльцевых зернах, а яйцеклетки формируются в семязачатках завязи пестика.У большинства животных гаметы формируются в половых железах – гонадах (от греч. gone – порождающее). В семенниках образуются сперматозоиды, в яичниках – яйцеклетки. Процесс возникновения половых клеток называют гаметогенезом (от греч. gametes – супруг, genesis – происхождение). Процесс образования мужских половых клеток называют сперматогенезом (от греч. sperma – семя). У животных он происходит в три этапа: размножение, рост, созревание
Оплодотворение у животных. Большинство животных, обитающих в водной среде (морские кольчатые черви, пластинчатожаберные моллюски, иглокожие, рыбы, большинство видов земноводных), свои яйца и сперму выделяют в воду, половые клетки – гаметы – соединяются друг с другом случайно. Такое наружное оплодотворение – примитивный и ненадежный способ соединения гамет. Для повышения вероятности оплодотворения у многих из названных организмов в ходе эволюции выработалось приспособление производить гаметы в очень больших количествах. Например, луна-рыба откладывает до 300 млн икринок! Однако данный способ оплодотворения требует от организма огромных физических и энергетических затрат.
Более прогрессивно в эволюционном плане внутреннее оплодотворение. При внутреннем оплодотворении слияние гамет происходит в теле материнской особи. Вероятность встречи гамет при внутреннем оплодотворении достаточно высока, поэтому количество вырабатываемых яйцеклеток уменьшается, количество же сперматозоидов остается большим. Внутреннее оплодотворение характерно для многих водных беспозвоночных, насекомых, живородящих рыб, некоторых земноводных и для всех пресмыкающихся, птиц и млекопитающих. Появление внутреннего оплодотворения в ходе эволюции способствовало утрате зависимости организмов от водной среды и освоению ими наземно-воздушной среды.
Оплодотворение у растений. Оплодотворение свойственно большинству растений. Ему обычно предшествует образование половых органов – гаметангиев, в которых развиваются гаметы. Половой процесс у низших растений разнообразен.
У высших споровых растений образуются гаметангии – антеридии (мужские) и архегонии (женские), в которых развиваются гаметы. В архегониях образуются яйцеклетки, в антеридиях – много сперматозоидов. У мхов и папоротникообразных вышедшие из антеридиев сперматозоиды подплывают в воде к вскрывшимся архегониям и сливаются с яйцеклетками внутри архегоний. У голосеменных растений в процессе эволюции исчезают антеридии. У покрытосеменных уже нет ни антеридиев, ни архегоний. Постепенное исчезновение у семенных растений гаметангиев связано с тем, что при наземном существовании (где часто изменяются условия среды) слишком рискованно оставаться в гаплоидном состоянии, поскольку вероятность оплодотворения в этом случае невысокая. У семенных (голосеменных и покрытосеменных) растений оплодотворению предшествует опыление. Оплодотворение голосеменных и покрытосеменных растений, в отличие от споровых (мхов и папоротников), не зависит от воды. Именно поэтому в ходе эволюции сперматозоиды лишились жгутиков и превратились в спермии. Исчезновение зависимости полового процесса от капельной воды позволило семенным растениям широко расселиться по планете и занять территории с сухим климатом.
Дата добавления: 2018-04-05; просмотров: 924; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!