БИОЛОГИЯ Том 1 - руководство по общей биологии - 2004

9. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭНЕРГИИ

9.4. Газообмен

9.4.2. Потребность в специализированных дыхательных структурах и пигментах

С увеличением размеров тела отношение поверхности тела к объему уменьшается. Простая диффузия теперь уже не может обеспечить достаточный приток кислорода к тем клеткам, которые не находятся в прямом контакте с внешней средой. К тому же нередко и сама потребность в кислороде у таких более крупных животных ввиду их высокой метаболической активности оказывается выше.

Повышенная потребность в кислороде привела в процессе эволюции к тому, что некоторые участки тела превратились в специализированные дыхательные поверхности. У разных животных типы дыхательных поверхностей различны. В каждом случае они приспособлены для работы в тех или иных конкретных условиях. На рис. 9.14 показано, как их можно в соответствии с этим классифицировать. Обычно площадь дыхательных поверхностей сильно увеличена и часто они связаны с какой-нибудь транспортной системой, например кровеносной. Транспортная система обеспечивает связь дыхательной поверхности со всеми прочими тканями тела и делает возможным непрерывный обмен кислородом и углекислотой между дыхательной поверхностью и клетками. Присутствие дыхательного пигмента в крови еще более повышает способность крови переносить кислород (см. ниже). Кроме того, особые вентиляционные движения ускоряют газообмен между организмом и средой, поддерживая крутые диффузионные градиенты.

Рис. 9.14. Некоторые типы дыхательных поверхностей у животных.

Дыхательные пигменты

Дыхательные пигменты — это окрашенные вещества, способные обратимо связываться с кислородом и служить его переносчиками. Все известные дыхательные пигменты состоят из окрашенной небелковой части — у гемоглобина, например, это гем — и соединенной с ней белковой молекулы. Гемоглобин — красный пигмент. При высоких концентрациях кислорода пигмент легко его присоединяет, а при низких — быстро отдает. Кровь, содержащая какой-либо дыхательный пигмент, служит более эффективным переносчиком кислорода, нежели кровь без такого пигмента. Пигмент позволяет поглощать и транспортировать гораздо большие количества кислорода. У млекопитающих и других позвоночных роль дыхательного пигмента играет гемоглобин, содержащийся в эритроцитах.

В гл. 14 мы рассмотрим перенос кислорода гемоглобином более подробно.