Skābeklis obligāti ir dzīvās vielas sastāvdaļa. Maz ticams, ka dzīvās sistēmās to var aizstāt ar kādu citu elementu.
Bet papildus ķīmiski saistītam skābeklim lielākajai daļai organismu elpošanai ir nepieciešams arī brīvs molekulārais skābeklis.
Fakts, ka elpošanā tiek izmantots skābeklis, nevis citas gāzes, izskaidrojams ar tā īpašībām: skābeklis viegli nonāk ķīmiskos savienojumos ar daudzām vielām, un šīs reakcijas pavada siltumenerģijas izdalīšanās. Dažreiz, piemēram, gaismas dzīvnieki un baktērijas izstaro arī gaismas enerģiju. Nav citas vielas, kas, reaģējot ar ķermeņa vielām, nodrošinātu tik lielu enerģijas daudzumu izdalīšanos.
Atmosfēras skābeklis ir īpaši nepieciešams augstākiem dzīvniekiem. Putni un sauszemes zīdītāji nevar dzīvot bez tā pat dažas minūtes. Ūdens zīdītāji, kas pielāgoti ilgstošai uzturēšanai zem ūdens (no 15 minūtēm līdz 1 stundai 45 minūtēm), faktiski to izmanto ne mazāk, jo tie rada gaisa padevi plaušās.
Tādējādi uz planētām, kuru atmosfērā nav vai ir maz skābekļa, diez vai var būt radības, kas līdzinās Zemes dzīvniekiem. Tomēr nespriedīsim par jautājumu un neskatīsimies, vai dzīvība vispār var pastāvēt bez atmosfēras skābekļa vai ar tā nenozīmīgo daudzumu.
Pēc vairāku zinātnieku domām, skābeklis Zemes atmosfērā parādījās zaļo augu dzīvības aktivitātes rezultātā. Acīmredzot, kad dzīvība uz mūsu planētas tikai parādījās, tās atmosfērā nebija skābekļa. Pirmajiem organismiem, no kuriem vēlāk radās augi, nebija vajadzīgs brīvs skābeklis, tie bija anaerobi. Acīmredzot arī primārajiem zaļajiem augiem vēl nebija elpošanas funkcijas. Šis process radās tikai nākamajā evolūcijas posmā.
Starp mūsdienu organismiem ir arī daudz anaerobu organismu. Tās ir dažas baktērijas, raugs. Viņi neieelpo skābekli, bet saņem enerģiju no dažādu vielu oksidēšanās. Tā ir elpošana bez skābekļa vai fermentācija. Ir mikrobu veidi, kuriem skābeklis ir indīgs un izraisa nāvi; ir tādi, kas var iztikt bez skābekļa, bet, kad tas ir, viņi to izmanto elpošanai, kas iet kopā ar fermentāciju.
Zaļajos augos un zemākajos dzīvniekos arī attieksme pret skābekli ir ārkārtīgi dažāda. Visi zaļie augi elpo, bet skābekļa daudzuma svārstības vidē manāmi neietekmē elpošanas ātrumu. Tikai tad, kad tā saturs atmosfērā samazinās līdz 2-1% (10-20 reizes mazāks par normu), vairumam augu sugu elpošanas ātrums samazinās. Tajā pašā laikā sākas anaerobā vielmaiņa, kuras dēļ augs var dzīvot kādu laiku un pilnīgi bez skābekļa
Ūdens augu skābekļa patēriņš ir vēl zemāks, jo ūdenī parasti ir ievērojami mazāk skābekļa nekā atmosfērā. Dažu rezervuāru ūdenī skābekļa ir 2000 reizes mazāk nekā gaisā.
Visbeidzot, daži jauni pētījumi rāda, ka gāzes vides sastāvam augu iekšējos audos bieži vien nav pat līdzības ar parasto gaisa sastāvu. Elpošana šeit ir tuvu anaerobai. Dzīvnieku vidū ir daudz vienšūņu un daudzšūnu bezmugurkaulnieku arī dzīvo un vairojas ar nenozīmīgu skābekļa daudzumu un pat tā pilnīgā trūkumā. Desmitiem sugu un ciliātu, amēbu un karotīšu, kas dzīvo gandrīz skābekļa trūkuma dēļ, notekūdeņos, ezeru stāvošā ūdenī, pastāvīgi atrodas anaerobos apstākļos Lielākā daļa no tiem var dzīvot skābekļa klātbūtnē, bet no vides, kas bagāta ar skābekli, izspiež citus organismus.
Ar nenozīmīgu vai pat pilnīgu skābekļa trūkumu daži apaļtārpi, vēžveidīgie (piemēram, kājputni) un lamelārie mīkstmieši var dzīvot vidē. Pat starp kukaiņiem ir ūdens formas, kas dzīvo ar skābekļa trūkumu vai trūkumu ūdenī. vaboļu sugas (Donacia), Chironomus odi (Chironomus thummi) un citas
Visiem augstākajiem mugurkaulniekiem elpošanai nepieciešams skābeklis, bet pat tajos atsevišķas ķermeņa šūnas var īslaicīgi pāriet uz anaerobo metabolismu, un dažu audu šūnām parasti ir nepieciešams neliels skābekļa daudzums. Būtībā tikai centrālās nervu sistēmas šūnas Mugurkaulnieki ir ļoti jutīgi pret skābekļa trūkumu.
Skābekļa nepieciešamība cilvēkiem un augstākiem dzīvniekiem arī svārstās atkarībā no pielāgošanās konkrētai videi.
Aitas, pieradušas pie kalnu apstākļiem, jūtas labi 4000 m augstumā, kur skābekļa ir par 35–40% mazāk nekā jūras līmenī.
Apmēram 6000 m virs jūras līmeņa ir augstākā dzīvības robeža lielākajai daļai dzīvnieku. Tik lielā augstumā ir tikai dažas peļu grauzēju un plēsīgo putnu sugas. Bet maz ticams, ka tikai retinātā atmosfēra un skābekļa trūkums vēl vairāk kavē viņu dzīvi. Protams, dzīves attīstību šeit apgrūtina zemā temperatūra un mūžīgais ledus, augsnes un augu barības trūkums, spēcīgs vējš utt.
Cilvēkam, kas pielāgots dzīvei līdzenumā, spiediena un skābekļa daudzuma samazināšanās izraisa smagus traucējumus - kalnu slimību. Tomēr pēc īpašas apmācības cilvēks var pacelties un kādu laiku uzturēties 7000–8000 m augstumā. Tibetas augstumos un Andos (5300 m augstumā) ir pastāvīgas cilvēku apmetnes, kas liecina, ka cilvēks var pielāgoties pusei skābekļa satura atmosfērā, salīdzinot ar to, kas atrodas jūras līmenī.
Šiem cilvēkiem visi ķermeņa audi daudz enerģiskāk absorbē skābekli, palielinās viņu hemoglobīna saturs un asins skābekļa ietilpība.
Eksperimentos ar dzīvniekiem tika konstatēts, ka aklimatizācijas laikā kalnu apstākļos organismā notiek enerģiska "cīņa" par skābekļa piegādi audiem. Šūnas sāk pilnīgāk izmantot skābekli, jo palielinās oksidatīvo enzīmu aktivitāte.Turklāt audi kļūst izturīgāki pret skābekļa trūkumu un var pat pāriet uz anaerobo elpošanu.
Laboratorijā tika veikti pētījumi ar kukaiņiem, izrādījās, ka kukaiņu sugām, kas dzīvo jūras līmenī, kur spiediens ir aptuveni 760 mm Hg, sirds darbs apstājas pie 25-20 mm Hg spiediena. Viņi var joprojām dzīvo, ja skābekļa ir 30 reizes mazāk nekā atmosfērā. dzīvojot vēl augstākā augstumā (3200 m), sirds apstājās tikai pie dzīvsudraba staba 5 mm spiediena, t.i. ar tādu atmosfēras retumu, kas pastāv aptuveni 100-200 km augstumā no Zemes.
Tātad iespējas dzīvot ar skābekļa trūkumu sauszemes organismos ir diezgan lielas. Bet tajā pašā laikā lielākās daļas aktivitāte strauji samazinās. Neapsteidzot sevi un neiedziļinoties diskusijā par dzīvi ārpus Zemes, mēs tomēr norādām, ka, piemēram, uz Marsa organismu nepieciešamība pēc skābekļa ar tādu pašu dzīvības aktivitātes enerģiju var būt mazāka nekā uz Zemes. Fakts ir tāds, ka Marsa mazākā izmēra un mazākā blīvuma dēļ smaguma spēks no tā ir gandrīz 3 reizes mazāks nekā uz Zemes, un orgānu darbam ir nepieciešams daudz mazāk enerģijas, ko iegūst elpojot. Turklāt zemā vides temperatūrā audi un šūnas ir piesātinātas ar skābekli ar mazāku daudzumu vidē.
Visbeidzot, ir zināms, ka organismu šūnas spēj uzkrāt un izmantot dabā sastopamus elementus ārkārtīgi mazos daudzumos izkliedētā stāvoklī. Tāpēc nebūs pārsteidzoši, ja, atrodoties vidē ar nelielu skābekļa daudzumu, organismi izstrādās dažādus pielāgojumus skābekļa uztveršanai.
Tas nozīmē, ka, ja uz mūsu pētījumiem pieejamo planētu ir tik maz skābekļa, ka to nevar noteikt no Zemes, izmantojot spektrālo analīzi, tas nav iemesls noliegt dzīvības iespējamību uz tām. Protams, neliels skābekļa daudzums nosaka robežas tādiem dzīvniekiem kā mūsu mugurkaulnieki, kuriem ir augsts vielmaiņas enerģijas līmenis un lielāka nervu aktivitāte. Bet var pastāvēt citas struktūras organismi.
Spriedums par to, kāda var būt dzīve ar nelielu skābekļa daudzumu, nav jāvienkāršo. Ja varētu konstatēt, ka iepriekšējos laikmetos Marsa atmosfērā bija vairāk biogēnas izcelsmes skābekļa nekā tagad, tad jāpieņem, ka dzīvība uz Marsa ir kļuvusi nabadzīgāka, taču var rasties dažas ļoti specializētas formas.
Ja atrodat kļūdu, lūdzu, atlasiet teksta daļu un nospiediet Ctrl + Enter.
1. Visām lapām ir vēnas. No kādām struktūrām tie veidojas? Kāda ir to loma vielu transportēšanā caur augu?
Vēnas veido asinsvadu -šķiedru kūļi, kas caurvij visu augu, savienojot tā daļas - dzinumus, saknes, ziedus un augļus. To pamatā ir vadoši audi, kas veic aktīvu vielu kustību, un mehāniski. Ūdens un tajā izšķīdušās minerālvielas augā pārvietojas no saknēm uz virszemes daļām gar koksnes traukiem, un organiskās vielas - pa mizas sieta caurulēm no lapām līdz citām auga daļām.
Papildus vadošajiem audiem vēnā ir mehāniski audi: šķiedras, kas piešķir lokšņu plāksnei izturību un elastību.
2. Kāda ir asinsrites sistēmas loma?
Asinis nes barības vielas un skābekli visā ķermenī, izvada oglekļa dioksīdu un citus sabrukšanas produktus. Tādējādi asinīm ir elpošanas funkcija. Baltām asins šūnām ir aizsargfunkcija: tās iznīcina patogēnus, kas iekļuvuši organismā.
3. No kā sastāv asinis?
Asinis sastāv no bezkrāsaina šķidruma - plazmas un asins šūnām. Atšķirt sarkanās un baltās asins šūnas. Sarkanās asins šūnas piešķir asinīm sarkanu krāsu, jo tās satur īpašu vielu - pigmentu hemoglobīnu.
4. Ieteikt vienkāršas slēgtu un atvērtu asinsrites sistēmu diagrammas. Norādiet uz tiem sirdi, asinsvadus un ķermeņa dobumu.
Atvērtas asinsrites sistēmas diagramma
5. Piedāvājiet pieredzi, kas pierāda vielu kustību caur ķermeni.
Pierādīsim, ka vielas pārvietojas pa ķermeni, izmantojot augu piemēru. Mēs ievietojām ūdenī, tonētu ar sarkanu tinti, jaunu koka dzinumu. Pēc 2-4 dienām mēs izvilksim dzinumu no ūdens, nomazgāsim no tā tinti un nogriezīsim apakšējās daļas gabalu. Vispirms apsveriet dzinuma šķērsgriezumu. Griezums parāda, ka koks ir sarkanā krāsā.
Tad mēs sagriežam gar atlikušo dzinumu. Krāsainu trauku vietās, kas ir daļa no koka, parādījās sarkanas svītras.
6. Dārznieki pavairo dažus augus ar sagrieztiem zariem. Viņi stāda zarus zemē un pārklāj ar burku, līdz tie ir pilnībā iesakņojušies. Izskaidrojiet kārbas nozīmi.
Iztvaikošanas dēļ zem kannas veidojas augsts pastāvīgs mitrums. Tāpēc augs iztvaiko mazāk mitruma un nenovīst.
7. Kāpēc grieztie ziedi agrāk vai vēlāk nokalst? Kā jūs varat novērst to agrīnu nokalšanu? Izveidojiet diagrammu par vielu transportēšanu grieztos ziedos.
Griezti ziedi nav pilnvērtīgs augs, jo tie ir izņēmuši zirgu sistēmu, kas nodrošināja adekvātu (pēc dabas iecerētu) ūdens un minerālvielu uzsūkšanos, kā arī daļu no lapām, kas nodrošināja fotosintēzi.
Zieds nokalst galvenokārt tāpēc, ka grieztam augam vai ziedam trūkst mitruma, jo palielinās iztvaikošana. Tas sākas no griešanas brīža, un jo īpaši, ja zieds un lapas ilgu laiku ir bez ūdens, ir liela iztvaikošanas virsma (sagriezta ceriņa, sagriezta hortenzija). Daudziem grieztajiem siltumnīcas ziediem ir grūti panest temperatūras atšķirības un mitrumu vietā, kur tie tika audzēti, ar dzīvojamo istabu sausumu un siltumu.
Bet zieds var izbalēt vai novecot, šis process ir dabisks un neatgriezenisks.
Lai izvairītos no vīšanas un pagarinātu ziedu kalpošanas laiku, ziedu pušķim jābūt īpašā iepakojumā, kas kalpo, lai pasargātu to no krokošanās, saules gaismas iekļūšanas un siltām rokām. Uz ielas ir ieteicams nēsāt pušķi ar ziediem uz leju (ziedu pārvietošanas laikā mitrums vienmēr plūdīs tieši uz pumpuriem).
Viens no galvenajiem ziedu vīšanas iemesliem vāzē ir cukura satura samazināšanās audos un auga dehidratācija. Visbiežāk tas notiek, pateicoties asinsvadu aizsprostojumam ar gaisa burbuļiem. Lai no tā izvairītos, kāta galu iegremdē ūdenī un ar asu nazi vai griezēju veic slīpu griezumu. Pēc tam ziedu vairs neizņem no ūdens. Ja rodas šāda vajadzība, operāciju atkārto vēlreiz.
Pirms griezto ziedu ievietošanas ūdenī, no kātiem noņem visas apakšējās lapas, bet no rozēm - arī ērkšķus. Tas samazinās mitruma iztvaikošanu un novērsīs baktēriju izplatīšanos ūdenī.
8. Kāda ir sakņu matiņu loma? Kas ir sakņu spiediens?
Ūdens iekļūst augā caur sakņu matiem. Pārklāti ar gļotām, ciešā saskarē ar augsni, viņi iesūc ūdeni ar tajā izšķīdinātiem minerāliem.
Sakņu spiediens ir spēks, kas izraisa vienvirziena ūdens kustību no saknēm uz dzinumiem.
9. Kāda nozīme ir ūdens iztvaikošanai no lapām?
Nokļūstot lapās, ūdens iztvaiko no šūnu virsmas un tvaiku veidā caur stomātiem tiek izvadīts atmosfērā. Šis process nodrošina nepārtrauktu augšupejošu ūdens plūsmu caur augu: atteikušies no ūdens, lapu mīkstuma šūnas, tāpat kā sūknis, sāk to intensīvi absorbēt no apkārtējiem traukiem, kur ūdens plūst gar kātu no saknes.
10. Pavasarī kāds dārznieks atklāja divus bojātus kokus. Vienai pelei miza bija daļēji bojāta, citai zaķi stumbru grauza ar gredzenu. Kurš koks var nomirt?
Koks, kurā zaķi grauza stumbru ar gredzenu, var nomirt. Tā rezultātā tiks iznīcināts mizas iekšējais slānis, ko sauc par bast. Gar to pārvietojas organisko vielu šķīdumi. Bez to pieplūduma šūnas zem bojājumiem mirs.
Starp mizu un koku atrodas kambijs. Pavasarī un vasarā kambijs enerģiski sadalās, un līdz ar to jaunas mizas šūnas tiek nogulsnētas pret mizu, bet jaunas koksnes šūnas uz koksni. Tāpēc koka dzīve būs atkarīga no tā, vai kambijs ir bojāts.
Plaši izplatītā hipotēze par dzīvnieku izcelsmi ir apstrīdēta. Vecākajam no tiem nebija jāgaida, kamēr okeāni būs piesātināti ar skābekli.
Tradicionālā gudrība ir tāda, ka dzīvnieku evolūciju kavēja skābekļa trūkums ūdenī. Tomēr mūsdienu sūkļi, kas ir ļoti tuvu pirmajiem planētas dzīvniekiem, jūtas lieliski gandrīz pilnīgā skābekļa trūkumā.
Acīmredzot primitīvākie dzīvnieki joprojām dzīvoja ūdenī, kurā gandrīz nebija šī dārgā elementa. Citiem vārdiem sakot, vispirms radās dzīvība, kas radīja mūsdienu okeānus ar skābekli, nevis otrādi.
Daniels Mills no Dienviddānijas universitātes un viņa kolēģi no Dānijas fjorda skābekļa piesārņotajiem ūdeņiem izņēma vairākus Halichondria panicea jūras sūkļus un ievietoja tos akvārijā, no kurienes viņi pakāpeniski izsūknēja skābekli. Pat tad, kad skābekļa līmenis pazeminājās 200 reizes, salīdzinot ar atmosfēras līmeni, sūkļi izturēja desmit dienas, ko atbrīvoja zinātnieki. Ja mūsdienu sūkļi var dzīvot ar tik daudz skābekļa, tad arī pirmie dzīvnieki varētu, kāpēc ne?
Visi dzīvie organismi ir sadalīti aerobos un anaerobos, ieskaitot baktērijas. Tāpēc cilvēka organismā un dabā kopumā ir divu veidu baktērijas - aerobās un anaerobās. Aerobiem jāsaņem skābeklis dzīvot, turpretim tas vispār nav vajadzīgs vai nav vajadzīgs... Abiem baktēriju veidiem ir svarīga loma ekosistēmā, piedaloties organisko atkritumu sadalīšanā. Bet starp anaerobiem ir daudzas sugas, kas var radīt veselības problēmas cilvēkiem un dzīvniekiem.
Cilvēki un dzīvnieki, kā arī lielākā daļa sēņu utt. - visiem obligātajiem aerobiem, kuriem ir nepieciešams elpot un ieelpot skābekli, lai izdzīvotu.
Anaerobās baktērijas savukārt iedala:
- pēc izvēles (nosacīts) - efektīvākai attīstībai nepieciešams skābeklis, bet var iztikt bez tā;
- obligāti (obligāti) - skābeklis viņiem ir nāvējošs un pēc kāda laika nogalina (tas atkarīgs no sugas).
Anaerobās baktērijas spēj dzīvot vietās, kur ir maz skābekļa, piemēram, cilvēka mutē, zarnās. Daudzi no tiem izraisa slimības cilvēka ķermeņa vietās, kur ir mazāk skābekļa - rīkles, mutes, zarnu, vidusauss, brūces (gangrēna un abscesi), pūtītes iekšpusē utt. Turklāt ir noderīgi veidi, kas veicina gremošanu.
Aerobās baktērijas, salīdzinot ar anaerobām baktērijām, šūnu elpošanai izmanto O2. Savukārt anaerobā elpošana nozīmē enerģijas ciklu, kas ir mazāk efektīvs enerģijas ražošanai. Aerobā elpošana ir enerģija, kas izdalās sarežģītā procesā, kad O2 un glikoze tiek metabolizēti kopā šūnas mitohondrijās.
Ar spēcīgu fizisko piepūli cilvēka ķermenis var piedzīvot skābekļa badu. Tas izraisa pāreju uz anaerobo metabolismu skeleta muskuļos, kura laikā muskuļos veidojas pienskābes kristāli, jo ogļhidrāti netiek pilnībā sadalīti. Pēc tam muskuļi vēlāk sāk sāpēt (DOMS) un tiek dziedināti, masējot zonu, lai paātrinātu kristālu izšķīšanu un laika gaitā dabiski izskalotu tos asinsritē.
Fermentācijas laikā - organisko vielu sadalīšanās procesā ar fermentu palīdzību - attīstās un vairojas anaerobās un aerobās baktērijas. Šajā gadījumā aerobās baktērijas enerģijas metabolismam izmanto gaisā esošo skābekli, salīdzinot ar anaerobām baktērijām, kurām šim nolūkam nav nepieciešams skābeklis no gaisa.
To var saprast, veicot eksperimentu, lai noteiktu tipu, audzējot aerobās un anaerobās baktērijas šķidrā kultūrā. Aerobās baktērijas pulcēsies augšpusē, lai ieelpotu vairāk skābekļa un izdzīvotu, bet anaerobās baktērijas pulcēsies apakšā, lai izvairītos no skābekļa.
Gandrīz visi dzīvnieki un cilvēki ir obligāti aerobi, kuru elpošanai nepieciešams skābeklis, turpretī stafilokoki mutē ir fakultatīvo anaerobu piemērs. Atsevišķas cilvēka šūnas ir arī fakultatīvi anaerobi: tās pāriet uz pienskābes fermentāciju, ja nav pieejams skābeklis.
Īss aerobo un anaerobo baktēriju salīdzinājums
- Aerobās baktērijas izmanto skābekli, lai paliktu dzīvs.
Anaerobām baktērijām skābekļa klātbūtnē ir vajadzīgs minimāls skābekļa daudzums vai tas nav vajadzīgs (atkarībā no sugas), tāpēc izvairās no O2. - Daudzām šo un citu veidu baktērijām ir svarīga loma ekosistēmā, tās piedalās organisko vielu sadalīšanā - tās ir sadalītāji. Bet sēnes šajā ziņā ir svarīgākas.
- Anaerobās baktērijas ir atbildīgas par dažādām slimībām, sākot no kakla sāpēm līdz botulismam, stingumkrampjiem un citām.
- Bet starp anaerobām baktērijām ir arī tādas, kas ir izdevīgas, piemēram, zarnās noārda cilvēkiem kaitīgos augu cukurus.
