Простейшие
Мелкие животные, обитающие в воде, получают кислород и выделяют углекислоту путем диффузии. При дыхании, происходящем в митохондриях, концентрация кислорода в цитоплазме снижается, поэтому кислород диффундирует в клетку из окружающей воды, где его концентрация выше, поскольку она поддерживается диффузией кислорода из воздуха и выделением его фотосинтезирующими организмами, обитающими в воде. Углекислота, образующаяся в результате обменных процессов, диффундирует по градиенту концентрации в окружающую среду. У простых растительных и животных организмов отношение поверхности тела к его объему достаточно велико, поэтому скорость диффузии газов через поверхность тела не является фактором, лимитирующим интенсивность дыхания или фотосинтеза. У более крупных животных отношение поверхности тела к объему меньше, и глубоко расположенные клетки уже не могут достаточно быстро обмениваться с окружающей средой газами путем диффузии. Поэтому глубоко лежащие клетки получают кислород и выделяют углекислый газ через внеклеточную жидкость, которая обменивается ими с окружающей средой. (Рис 3)
Черви
Внешнее дыхание у большинства водных животных осуществляется при помощи специализированных структур, называемых жабрами. Специализированные жабры впервые появились у кольчатых червей. У губок и кишечнополостных газообмен осуществляется путем диффузии через поверхность тела.
Дождевые черви, находясь в подземных ходах, получают достаточное количество кислорода, путем его диффузии через влажную кожу. Морские черви, обитающие в песке или трубочках из песка, совершают волнообразные движения, чтобы создавать вокруг себя ток воды, иначе им не хватает растворенного в морской воде кислорода (в литре морской воды содержится около 5 мл кислорода, пресной - около 7 мл, воздуха - около 210 мл). Поэтому у морских червей (полихет) развивились жабры - специализированные органы дыхания (выросты покровного эпителия). (Рис 3)
Членистоногие
Членистоногие решают проблему снабжения кислородом клеток организма иным путем: в каждом сегменте тела у них имеется пара дыхалец - отверстий, ведущих в разветвленную систему трубочек - трахей, по которым воздух доставляется ко всем внутренним органам. Трахеи заканчиваются микроскопическими разветвлениями - трахеолами, наполненными жидкостью, через их стенки кислород диффундирует в соседние клетки, а углекислый газ - в обратном направлении. Работа мышц брюшка обеспечивает продувку трахей воздухом. Трахейная система насекомых и паукообразных обеспечивает поступление кислорода и выделение углекислого газа, поэтому они обходятся без быстрого течения крови, необходимого позвоночным для снабжения их клеток кислородом.Примитивные легочные мешки появляются у паукообразных. Развиваются они (простые мешки) и у наземных брюхоногих моллюсков (легочные мешки образованы мантией).
У ракообразных также появились жабры, обеспечивающие процесс дыхания в водной среде. Зеленый краб, способный жить в воде и на суше, имеет жабры, расположенные в полости тела на границе карапакса и места прикрепления ног. В этом месте движется скафогнатит (веслообразная часть второй максиллы), обеспечивающий непрерывный ток воды к жабрам. Если скафогнатит не будет гнать воду, то краб быстро погибнет в морской воде, тогда как в воздушной среде он может жить неопределенно долго, поскольку скорость диффузии кислорода из воздуха достаточна для удовлетворения всех потребностей его организма.
Рыбы
Развитие легких намечается у некоторых рыб, у ископаемых предков которых был вырост на переднем конце пищеварительного тракта. У той ветви рыб, которая впоследствии дала начало наземным позвоночным животным, из этого выроста развилось легкое. У других рыб он превратился в плавательный пузырь, т.е. в орган, который в основном служит для облегчения плавания, хотя иногда несет и дыхательную функцию. Некоторые рыбы обладают даже рядом костей, соединяющих этот орган с внутренним ухом и играющих, по-видимому, роль прибора для определения глубины. Кроме того, плавательный пузырь служит для издавания звуков. Близкими родичами той группы рыб, от которых произошли наземные позвоночные, являются двоякодышащие рыбы: они имеют жабры, с помощью которых дышат в воде. Поскольку эти рыбы живут в периодически пересыхающих водоемах, в засушливое время года они остаются в иле пересохшего русла, где дышат при помощи плавательных пузырей и имеют легочную артерию. (Рис 2)
Амфибии
Легкие большинства примитивных амфибий - тритонов, амбистом и др. - имеют вид простых мешков, покрытых снаружи капиллярами. Легкие лягушек и жаб имеют внутри складки, увеличивающие дыхательную поверхность. Лягушки и жабы не обладают грудной клеткой и у них нет межреберных мышц, поэтому у них существует нагнетательный тип дыхания, основанный на действии клапанов в ноздрях и мышц в области горла. Когда открыты носовые клапаны, дно ротовой полости опускается (рот закрыт) и в нее входит воздух. Затем носовые клапаны закрываются и мышцы горла, сокращаясь, уменьшают размеры ротовой полости и вытесняют воздух в легкие.
Рептилии
Эволюция дыхательной системы происходила в направлении постепенного расчленения легкого на более мелкие полости, так что строение легких у рептилий, птиц и млекопитающих постепенно усложняется. У ряда рептилий (например у хамелеона) легкие снабжены придаточными воздушными мешками, которые раздуваются при наполнении воздухом. Животные принимают угрожающий вид - это играет роль защитного приспособления для отпугивания хищников. Легкие птиц также имеют воздушные мешки, распространяющиеся по всему телу. Благодаря им воздух может проходить через легкое и полностью обновляться при каждом вдохе. У птиц при полете существует двойное дыхание, когда воздух в легких насыщается кислородом при вдохе и выдохе. Кроме того, воздушные мешки играют роль мехов, продувающих воздух через легкие за счет сокращения летательных мышц.
Млекопитающие
Легкие млекопитающих и человека имеют более сложное и совершенное строение, обеспечивающие достаточное насыщение кислородом всех клеток тела, и тем самым, обеспечивают высокий обмен веществ (Рис 2, 4). Поверхность их органов дыхания во много раз превышает площадь поверхности тела. Совершенный газообмен поддерживает постоянство внутренней среды организма, что дает возможность млекопитающим и человеку обитать в различных климатических условиях.
Таблица 1. Кислородная емкость крови у разных видов животных, об%
| Животные крови | Емкость крови |
| КРС | 15,4 |
| Овцы | 16,9 |
| Козы | 14,2 |
| Свиньи | 17,8 |
| Лошади | 14,9 |
| Собаки | 19,8 |
| Кошки | 15,0 |
| Кролики | 16,0 |
| Куры | 15,0 |
| Голуби | 18,3 |
| Утки | 15,4 |
| Гуси | 14,6 |
Таблица 2. Частота дыхательных движений в 1 мин.
| Вид животных | Частота дыхания |
| Лошадь | 8-12 |
| КРС | 10-30 |
| Овца | 8-20 |
| Коза | 10-18 |
| Свинья | 8-18 |
| Олень | 8-16 |
| Собака | 10-30 |
| Кошка | 10-25 |
| Кролик | 10-15 |
| Крыса | 100-150 |
Вывод
Дыхание – важнейший процесс жизнедеятельности организма. В процессе эволюции дыхательная система развивалась от простого к сложному как анатомически, так и физиологически, от простого, диффузного дыхания, до сложной дыхательной системы. Дыхание обеспечивает окислительно-восстановительные процесса, питая каждую клеточку организма.
Список литературы
1. Базанова Н.У. и др. Физиология с\х животных. –М. –Колос, 1980.
2. Бойко Г.И. Анатомия и физиология сельскохозяйственных животных. М.: Колос, 1971 – 408с.
3. Ветеринарный энциклопедический словарь/гл.ред. В.П. Шишков. – М.: «Советская энциклопедия». 1981.-640 с. с илл.
4. Воронянский В.И. Биохимия животных. - М., Высшая школа, 1982. – 511с.
5. Георгиевский В.И. Физиология сельскохозяйственных животных., М, ВО Агропромиздат., 1990, 510 с.
6. Голиков А.Н., Базанова Н.У., Кожебеков З.К. Физиология сельскохозяйственных животных. М.: ВО «Агропромиздат», 1991. – 432с.
7. Климов А.Ф., Акаевский А.И. Анатомия домашних животных. Издательство «Лань», 2003.
8. Коробков А.В.., Чеснокова С.А. Атлас по нормальной физиологии М., Высшая школа, 1996, 351 с.
9. Костин А.П. и др. Физиология с\х животных. –М. –Колос, 1983.
10. Общий курс физиологии человека и животных/ под ред А.Д. Ноздрачева. М., 1991. кн. 2.
11. Основы физиологии /Под ред. П. Стерки. - М.: Мир, 1984. - 566 с.
12. Скопичев В.Г., Шумилов Б.В. Морфология и физиология животных. Издательство «Лань», 2004.
13. Сысоев А.А. Физиология сельскохозяйственных животных. М.: 1998, 10-26 с.
Электронные источники
14. Эволюция дыхательной системы (Электронный ресурс) Режим доступа https://evolution.powernet.ru/history/ev_breath.html
15. Сравнительная анатомия (Электронный ресурс) Режим доступа
https://www.bigpi.biysk.ru/encicl/articles/02/1000207/1000207F.htm
Приложение
Рис. 1 Дыхательная система моллюсков и дыхательная система насекомых.
Жабры имеются также у моллюсков, рыб и некоторых амфибий. Газы диффундируют через тонкий жаберный эпителий в кровь и разносятся по всему организму. Каждое животное, дышащее при помощи жабр, имеет какое-либо приспособление, обеспечивающее непрерывное омывание их током воды (открывание рта рыбами, движение жаберных крышек, постоянное движение всего тела и др.). У двустворчатых моллюсков движение воды обеспечивается работой жаберных тычинок.
Рис. 2 Дыхательная система рыб и дыхательная система млекопитающего.
Рис. 3 Эволюция дыхания
Рис. 4 Структура альвеол у теплокровных животных
Рис. 5 Регуляция вдоха и выдоха
Рис. 6 Газообмен в легких и тканях