Hapnik on tingimata osa elusast ainest. On ebatõenäoline, et seda saab elus süsteemides asendada mõne muu elemendiga.

Kuid lisaks keemiliselt seotud hapnikule vajab valdav enamus organisme hingamiseks ka vaba molekulaarset hapnikku.

Asjaolu, et hingamisel kasutatakse hapnikku, mitte teisi gaase, on seletatav selle omadustega: hapnik satub kergesti paljude ainetega keemilistesse ühenditesse ja nende reaktsioonidega kaasneb soojusenergia eraldumine. Mõnikord kiirgavad valgusenergiat ka näiteks helendavad loomad ja bakterid. Ei ole ühtegi teist ainet, mis keha ainetega reageerides annaks nii suure hulga energiat.

Atmosfääri hapnik on eriti vajalik kõrgematele loomadele. Linnud ja maismaaimetajad ei saa ilma selleta elada isegi paar minutit. Veeimetajad, kes on kohandatud pikaks ajaks (15 minutist 1 tunnini 45 minutiks) vee alla jääma, kasutavad seda tegelikult mitte vähem, kuna need loovad kopsudesse õhuvoolu.

Seega planeedidel, mille atmosfääris puudub hapnik või see on vähe, ei saa vaevalt olla Maa loomadega sarnaseid olendeid. Kuid ärgem eelarvamage küsimust ja vaadake, kas elu saab üldse eksisteerida ilma atmosfääri hapnikuta või selle tühise kogusega.

Mitmete teadlaste sõnul tekkis hapnik Maa atmosfääris roheliste taimede elulise tegevuse tagajärjel. Ilmselt, kui elu meie planeedil alles tekkis, polnud selle atmosfääris hapnikku. Esimesed organismid, millest taimed hiljem tekkisid, ei vajanud vaba hapnikku, nad olid anaeroobsed. Ilmselt ei olnud ka primaarsetel rohelistel taimedel veel hingamisfunktsiooni. See protsess tekkis alles evolutsiooni järgmises etapis.

Ka tänapäevaste organismide hulgas on palju anaeroobseid organisme. Need on mõned bakterid, pärm. Nad ei hinga hapnikku, vaid saavad energiat erinevate ainete oksüdeerimisel. See on "hapnikuvaba hingamine" ehk käärimine. On teatud tüüpi mikroobe, mille jaoks hapnik on mürgine ja põhjustab surma; on neid, kes suudavad elada ilma hapnikuta, kuid kui see on, kasutavad nad seda hingamiseks, mis käib koos käärimisega.

Rohelistes taimedes ja madalamates loomades on ka suhtumine hapnikku äärmiselt mitmekesine. Kõik rohelised taimed hingavad, kuid hapniku koguse kõikumine keskkonnas ei avalda hingamiskiirusele märgatavat mõju. Alles siis, kui selle sisaldus atmosfääris väheneb 2-1% -ni (10-20 korda normist vähem), väheneb enamiku taimeliikide hingamissagedus. Samal ajal algab anaeroobne ainevahetus, mille tõttu taim saab mõnda aega elada ja hapniku puudumisel

Veetaimede hapnikutarve on veelgi väiksem, kuna vesi sisaldab tavaliselt oluliselt vähem hapnikku kui atmosfäär. Mõne veehoidla vees on hapnikku 2000 korda vähem kui õhus.

Lõpuks, mõned uued uuringud näitavad, et gaasilise keskkonna koostis taime sisemistes kudedes ei ole sageli isegi kaugeltki sarnane tavalise õhu koostisega. Siinne hingamine on anaeroobse lähedane. Loomade hulgas on palju algloomi ja mitmerakulisi selgrootuid elavad ja paljunevad ka ebaolulise hapnikusisaldusega ja isegi selle täielikul puudumisel. Kümned liigid ja ripsmed, amööbid ja lipulaevad, kes elavad peaaegu hapnikupuuduses, reovees, järvede seisvas vees, on pidevalt sisuliselt anaeroobsetes tingimustes Enamik neist võib elada hapniku juuresolekul, kuid hapnikurikkast keskkonnast tõrjuvad nad välja muud organismid.

Olulise või isegi täieliku hapniku puudumise korral võivad mõned ümarussid, koorikloomad (näiteks käpikloomad) ja lamellmolluskid elada keskkonnas. Isegi putukate seas on veekogusid, mis elavad hapniku puuduse või puudumise tõttu. vesi Need on näiteks ühe mardikaliigi (Donacia) vastsed, Chironomus sääsk (Chironomus thummi) jt. Chironomus vastsete arenemine võib jõuda veeni, mis sisaldab 0,3 mg hapnikku liitri kohta, s.o 1000 korda vähem kui tavalises õhus

Kõik kõrgemad selgroogsed vajavad hingamiseks hapnikku, kuid isegi neis võivad üksikud keharakud ajutiselt üle minna anaeroobsele ainevahetusele ja mõnede kudede rakud vajavad üldiselt väikest kogust hapnikku. Sisuliselt ainult kesknärvisüsteemi rakud selgroogsed on hapnikuvaeguse suhtes väga tundlikud.

Inimeste ja kõrgemate loomade hapnikuvajadus kõigub ka sõltuvalt konkreetse keskkonnaga kohanemisest.

Mägitingimustega harjunud lambad tunnevad end hästi 4000 m kõrgusel, kus hapnikku on 35–40% vähem kui merepinnal.

Umbes 6000 m üle merepinna on enamiku loomade kõrgeim elupiir. Nii suurel kõrgusel on hiire närilisi ja röövlinde vaid üksikuid liike. Kuid on ebatõenäoline, et ainult haruldane atmosfäär ja hapnikupuudus takistavad nende elu veelgi. Muidugi takistavad siinse elu arengut madalad temperatuurid ja igavene jää, mulla- ja taimetoidu puudumine, tugev tuul jne.

Tasasele elule kohanenud inimese jaoks põhjustab rõhu ja hapniku hulga vähenemine tõsiseid häireid - mäehaigust. Kuid pärast erikoolitust võib inimene tõusta ja jääda mõneks ajaks 7000–8000 m kõrgusele. Tiibeti kõrgusel ja Andides (5300 m kõrgusel) on inimasustust, mis näitab, et inimene suudab kohaneda poole hapnikusisaldusega atmosfääris võrreldes merepinnaga.

Nendel inimestel omastavad kõik kehakoed palju jõulisemalt hapnikku, nende hemoglobiinisisaldus ja vere hapnikuvõime suurenevad.

Loomadega tehtud katsetes leiti, et mägitingimustes aklimatiseerumise ajal toimub kehas energiline "võitlus" hapniku kudedesse toimetamise pärast. Rakud hakkavad oksüdatiivsete ensüümide aktiivsuse suurenemise tõttu hapnikku paremini kasutama. Lisaks muutuvad kuded hapnikupuuduse suhtes vastupidavamaks ja võivad isegi üle minna anaeroobsele hingamisele.

Laboris viidi putukatega läbi uuringud, mis selgusid, et merepinnal elavatel putukaliikidel, kus rõhk on umbes 760 mm Hg, peatub südame töö rõhul 25–20 mm Hg. elavad endiselt, kui hapnikku on 30 korda vähem kui atmosfääris Kuid liigid, kes elavad mägedes 1000 m kõrgusel, on palju stabiilsemad. Südamelööke täheldati neis endiselt rõhul 15 mm Hg, s.t. sellise haruldase atmosfääriga, mis eksisteerib umbes 100–200 km kõrgusel Maast.

Seega on maismaaorganismides hapnikuvaegusega elamise võimalused üsna suured. Kuid samal ajal väheneb enamiku nende aktiivsus järsult. Ilma ettepoole jooksmata ja arutlemata väljaspool Maad elava elu teemadel juhime siiski tähelepanu sellele, et näiteks Marsil võib vajadus hapniku järele, millel on sama elutegevuse energia, väiksem kui Maa. Fakt on see, et Marsi väiksema suuruse ja väiksema tiheduse tõttu on sellest tulenev raskusjõud peaaegu 3 korda väiksem kui Maal ning elundite tööks on vaja palju vähem energiat, mis saadakse hingamise teel. Lisaks on keskkonna madalal temperatuuril kuded ja rakud küllastunud hapnikuga, mille kogus keskkonnas on väiksem.

Lõpuks on teada, et organismide rakud on võimelised hajutatud olekus koguma ja kasutama looduses leiduvaid elemente äärmiselt väikestes kogustes. Seetõttu pole üllatav, kui väikese hapnikusisaldusega keskkonnas arendavad organismid erinevaid kohandusi hapniku kogumiseks.

See tähendab, et kui meie uuringutele kättesaadavatel planeetidel on nii vähe hapnikku, et seda ei saa Maalt spektraalanalüüsi abil tuvastada, pole see põhjus, miks eitada nende elu võimalust. Loomulikult seab väike kogus hapnikku piire selliste loomade olemasolule nagu meie selgroogsed, nende ainevahetuse kõrge energiatase ja kõrgem närvitegevus. Kuid võib esineda erineva struktuuriga organisme.

Otsust selle kohta, milline võib olla elu väikese hapnikusisaldusega, ei pea liiga lihtsustama. Kui oleks võimalik tuvastada, et varasematel ajastutel oli Marsi atmosfääris rohkem biogeenset päritolu hapnikku kui praegu, siis tuleks eeldada, et elu Marsil on vaesunud, kuid võib tekkida üksikuid väga spetsialiseeritud vorme.

Kui leiate vea, valige tekstitükk ja vajutage Ctrl + Enter.

1. Kõigil lehtedel on sooned. Millistest struktuuridest need moodustuvad? Milline on nende roll ainete transportimisel läbi tehase?

Veenid moodustuvad veresoonte -kiudude kimpudest, mis läbivad kogu taime, ühendades selle osad - võrsed, juured, lilled ja viljad. Need põhinevad juhtivatel kudedel, mis teostavad ainete aktiivset liikumist, ja mehaanilistel kudedel. Vesi ja selles lahustunud mineraalsed ained liiguvad taimes juurtest maapealsetesse osadesse mööda puidu anumaid ja orgaanilised ained liiguvad piki sõela torusid lehtedest taime teistesse osadesse.

Lisaks juhtivale koele sisaldab veen mehaanilist kudet: kiud, mis annavad lehtplaadile tugevuse ja elastsuse.

2. Milline on vereringesüsteemi roll?

Veri kannab toitaineid ja hapnikku kogu kehas, viib läbi süsinikdioksiidi ja muid lagunemissaadusi. Seega on verel hingamisfunktsioon. Valged verelibled täidavad kaitsefunktsiooni: nad hävitavad kehasse sattunud patogeene.

3. Millest veri koosneb?

Veri koosneb värvitu vedelikust - plasmast ja vererakkudest. Eristage punaseid ja valgeid vereliblesid. Punased verelibled annavad verele punase värvuse, kuna need sisaldavad erilist ainet - pigmenti hemoglobiini.

4. Soovitage lihtsaid skeeme suletud ja avatud vereringesüsteemidest. Osutage neile südamele, veresoontele ja kehaõõnde.

Avatud vereringesüsteemi skeem

5. Paku kogemust, mis tõestab ainete liikumist läbi keha.

Tõestame taime näitel, et ained liiguvad läbi keha. Panime punase tindiga toonitud vette noore puu võrse. 2-4 päeva pärast tõmbame võrse veest välja, peseme sellelt tindi maha ja lõikame ära alumise osa. Arvestage kõigepealt võrse ristlõikega. Lõige näitab, et puit on värvitud punaseks.

Seejärel lõikasime mööda ülejäänud võrset. Puidu osaks olevate värviliste anumate kohtadesse ilmusid punased triibud.

6. Aednikud paljundavad mõnda taime lõigatud okstega. Nad istutavad oksi maasse ja katavad purgiga, kuni need on täielikult juurdunud. Selgitage purgi tähendust.

Aurustumise tõttu tekib purgi alla kõrge püsiv niiskus. Seetõttu aurustub taim vähem niiskust ja ei närtsigi.

7. Miks lõikelilled varem või hiljem närbuvad? Kuidas saate vältida nende varajast närbumist? Tehke skeem ainete transpordist lõikelilledes.

Lõikelilled ei ole täisväärtuslik taim, kuna nad on eemaldanud hobusete süsteemi, mis tagas vee ja mineraalide piisava (loodusest eostatud) imendumise, samuti osa lehtedest, mis tagas fotosünteesi.

Lill närtsib peamiselt seetõttu, et lõigatud taimel või lillil puudub suurenenud aurustumise tõttu niiskus. See algab lõikamise hetkest ja eriti siis, kui lill ja lehed on pikka aega veeta, on suur aurustumispind (lõigatud lilla, lõigatud hortensia). Paljudel lõigatud kasvuhoonelilledel on raske taluda nende kasvukoha temperatuuri ja niiskuse erinevust elutubade kuivuse ja soojusega.

Kuid lill võib tuhmuda või vananeda, see protsess on loomulik ja pöördumatu.

Närbumise vältimiseks ja lillede eluea pikendamiseks peaks lillekimp olema spetsiaalses pakendis, mis kaitseb seda kortsumise, päikesevalguse ja käte soojenemise eest. Tänaval on soovitav kanda kimp lilledega allapoole (lillede üleviimise ajal voolab niiskus alati otse pungadele).

Üks peamisi põhjusi, miks lilled närbuvad vaasis, on suhkrusisalduse vähenemine kudedes ja taime dehüdratsioon. See juhtub kõige sagedamini veresoonte ummistumise tõttu õhumullide tõttu. Selle vältimiseks sukeldatakse varre ots vette ja tehakse terava noa või oksalõikuriga kaldus lõige. Pärast seda ei eemaldata lilli enam veest. Kui selline vajadus tekib, korratakse toimingut uuesti.

Enne lõikelillede vette panemist eemaldage vartelt kõik alumised lehed ja roosidelt - ka okkad. See vähendab niiskuse aurustumist ja takistab bakterite vohamist vees.

8. Milline on juurekarvade roll? Mis on juure surve?

Vesi siseneb taimesse juurekarvade kaudu. Limaga kaetud, tihedas kontaktis pinnasega imavad nad vett, milles on lahustunud mineraale.

Juurerõhk on jõud, mis põhjustab vee ühesuunalise liikumise juurtest võrseteni.

9. Mis tähendus on lehtedelt vee aurustumisel?

Lehtedesse sattudes aurustub vesi rakkude pinnalt ja aurude kujul vabaneb see stomata kaudu atmosfääri. See protsess tagab vee pideva ülesvoolu läbi taime: olles veest loobunud, hakkavad lehemassi rakud nagu pump pumpama seda intensiivselt ümbritsevatest anumatest, kus vesi voolab piki tüve juurest.

10. Kevadel avastas aednik kaks kahjustatud puud. Ühel hiirel oli koor osaliselt kahjustatud, teisel närisid jänesed tüve rõngaga. Milline puu võib surra?

Puu, milles jänesed rõngaga tüve närisid, võib hukkuda. Selle tulemusena hävitatakse koore sisemine kiht, mida nimetatakse bastiks. Seda mööda liiguvad orgaaniliste ainete lahused. Ilma nende sissevooluta surevad kahjustustest allpool olevad rakud.

Koore ja puidu vahel on kambium. Kevadel ja suvel jaguneb kambium jõudsalt ning selle tulemusena ladestuvad koore suunas uued nuumrakud ja uued puidurakud puidu suunas. Seetõttu sõltub puu eluiga sellest, kas kambium on kahjustatud.

Laialt levinud hüpotees loomade päritolu kohta on vaidlustatud. Vanim neist ei pidanud ootama ookeanide hapnikuga küllastumist.

Tavapärane tarkus on see, et loomade arengut takistas hapnikuvaegus vees. Kuid praegused käsnad, mis on planeedi esimestele loomadele väga lähedal, tunnevad end peaaegu täielikult hapniku puudumisel suurepäraselt.

Ilmselt elasid kõige ürgsemad loomad veel vees, kus seda väärtuslikku elementi peaaegu ei olnud. Teisisõnu, kõigepealt tekkis elu, mis lõi tänapäeva hapnikuga rikastatud ookeanid, mitte vastupidi.

Daniel Mills Lõuna -Taani ülikoolist ja tema kolleegid eemaldasid Taani fjordi hapnikuga rikastatud vetest mitu Halichondria panicea mere käsna ja asetasid need akvaariumi, kust neid järk -järgult pumbati. Isegi kui hapniku tase langes atmosfääriga võrreldes 200 korda, pidasid käsnad teadlaste vabastatud kümme päeva. Kui kaasaegsed käsnad suudavad elada nii palju hapnikku, siis võiksid ka esimesed loomad, miks mitte?

Kõik elusorganismid jagunevad aeroobideks ja anaeroobideks, sealhulgas bakteriteks. Seetõttu on inimkehas ja looduses üldiselt kahte tüüpi baktereid - aeroobsed ja anaeroobsed. Aeroobid peavad saama hapnikku elama, samas kui seda pole üldse vaja või pole vaja... Mõlemat tüüpi bakterid mängivad ökosüsteemis olulist rolli, osaledes orgaaniliste jäätmete lagunemises. Kuid anaeroobide hulgas on palju liike, mis võivad põhjustada inimeste ja loomade terviseprobleeme.

Inimesed ja loomad, samuti enamik seeni jne. - kõik kohustuslikud aeroobid, mis peavad ellujäämiseks hingama ja hapnikku sisse hingama.

Anaeroobsed bakterid omakorda jagunevad:

• valikuline (tingimuslik) - vajab tõhusamaks arenguks hapnikku, kuid saab ilma selleta hakkama;
• kohustuslik (kohustuslik) - hapnik on nende jaoks surmav ja tapab mõne aja pärast (oleneb liigist).

Anaeroobsed bakterid on võimelised elama kohtades, kus on vähe hapnikku, näiteks inimese suu, sooled. Paljud neist põhjustavad haigusi inimkeha piirkondades, kus on vähem hapnikku - kõri, suu, sooled, keskkõrv, haavad (gangreen ja abstsessid), akne sees jne. Lisaks on seedimist soodustavaid kasulikke tüüpe.

Aeroobsed bakterid, võrreldes anaeroobsete bakteritega, kasutavad rakkude hingamiseks O2. Anaeroobne hingamine seevastu tähendab energiatsüklit, mis on energia tootmiseks vähem efektiivne. Aeroobne hingamine on energia, mis vabaneb keerulise protsessi käigus, kui O2 ja glükoos metaboliseeruvad koos raku mitokondrites.

Tugeva füüsilise koormuse korral võib inimkeha kogeda hapnikuvaegust. See käivitab skeletilihastes ülemineku anaeroobsele ainevahetusele, mille käigus toodetakse lihastes piimhappe kristalle, kuna süsivesikud ei lagune täielikult. Seejärel hakkavad lihased hiljem valutama (DOMS) ja need paranevad, masseerides piirkonda, et kiirendada kristallide lahustumist ja ajapikku neid loomulikult vereringesse loputada.

Anaeroobsed ja aeroobsed bakterid arenevad ja paljunevad käärimise ajal - orgaaniliste ainete lagunemise käigus ensüümide abil. Sel juhul kasutavad aeroobsed bakterid energiavahetuseks õhus olevat hapnikku, võrreldes anaeroobsete bakteritega, kes ei vaja selleks õhust hapnikku.

Seda saab mõista, tehes katse tüübi tuvastamiseks, kasvatades vedelas kultuuris aeroobseid ja anaeroobseid baktereid. Aeroobsed bakterid kogunevad ülaossa, et rohkem hapnikku sisse hingata ja ellu jääda, samas kui anaeroobsed bakterid kogunevad hapniku vältimiseks allapoole.

Peaaegu kõik loomad ja inimesed on kohustuslikud aeroobid, mis vajavad hingamiseks hapnikku, samas kui stafülokokid suus on näide fakultatiivsetest anaeroobidest. Inimese üksikud rakud on samuti fakultatiivsed anaeroobid: kui hapnik pole saadaval, lähevad nad üle piimhappe kääritamisele.

Aeroobsete ja anaeroobsete bakterite lühike võrdlus

1. Aeroobsed bakterid kasutavad elus püsimiseks hapnikku.
   Anaeroobsed bakterid vajavad hapniku juuresolekul hapnikku minimaalselt või üldse mitte (liigisõltuv) ja seetõttu väldivad O2.
2. Paljud liigid nende ja teiste bakterite hulgas mängivad ökosüsteemis olulist rolli, osaledes orgaanilise aine lagunemises - nad on lagundajad. Kuid seened on selles osas olulisemad.
3. Anaeroobsed bakterid põhjustavad mitmesuguseid haigusi, alates kurguvalu ja lõpetades botulismi, teetanuse ja teiste haigustega.
4. Kuid anaeroobsete bakterite hulgas on ka neid, mis on kasulikud, näiteks lagundavad soolestikus inimestele kahjulikke taimseid suhkruid.