Физиология животных. Приспособление и среда - Шмидт-Ниельсен К.
Скачать (прямая ссылка):
В изучении процессов жизнедеятельности огромную роль играет сравнительный подход. Сравнивая различных животных и исследуя, каким образом каждое из них выживает, приспосабливаясь к факторам внешней среды, мы получаем представление об общих закономерностях, которые без такого сравнения трудно было' бы выявить. Ни одно животное не существует и не может существовать независимо от окружающей среды: оно использует ресурсы среды и в то же время должно преодолевать воздействие ее неблагоприятных факторов. Таким образом, как сравнительный подход, так и изучение связи организма и среды позволяют проникнуть в сущность физиологических ттроцессов.
При рассмотрении адаптации животного к среде нередко выявляется, что именно «хорошо» для животного. Это может пока-
Что такое физиология? 15
заться слишком близким к телеологическому объяснению — к представлению о цели, что многие биологи считают некорректным с научной точки зрения. И все же всем нам свойственно задавать вопросы «почему?» и «для чего?» Как бы то ни было, животному необходимо выжить, и нет ничего предосудительного или антинаучного в том, что мы хотим узнать, как и почему это ему удается. Если бы животное не могло разрешить эту задачу, нам не пришлось бы его изучать.
В этой книге сравнительная физиология излагается с экологических позиций. Описание начинается с того, как из внешней среды, водной или воздушной, животные получают кислород. Далее рассматривается роль крови в доставке кислорода тканям и описывается, как происходит перекачивание крови в организме. О снабжении энергией (пищей) речь идет в главе, посвященной питанию и пищеварению, а затем обсуждаются общие вопросы энергетического обмена. Воздействие такого важного внешнего фактора, как температура, рассматривается в двух главах. Затем .описывается другой, не менее важный внешний фактор — вода. Еще одна глава посвящена движениям и локомоции и еще одна—¦ способам получения информации об окружающей среде (органам чувств). В последней главе обсуждается вопрос, каким образом с помощью нервной и эндокринной систем осуществляется регуляция всех рассмотренных функций, координация их и интеграция всех систем в слаженно функционирующий целостный организм.
ЧАСТЬ ПЕРВАЯ
КИСЛОРОД
ГЛАВА 1
ДЫХАНИЕ В ВОДЕ
Все живые организмы используют энергию, которую они должны добыть из внешних источников. Большинство растений улавливает энергию солнечного света и использует атмосферную углекислоту (двуокись углерода) для синтеза Сахаров и в конечном счете всех других сложных веществ, из которых состоит растение. Животные в свою очередь используют энергию химических соединений, которые они получают из растений либо непосредственно — поедая растения, либо косвенным путем — поедая животных, питающихся растениями. Таким образом, используемая животными химическая энергия имеет своим первоисточником солнечное излучение.
Большинство животных удовлетворяет свои энергетические потребности путем окисления компонентов пищи. Некоторые животные способны использовать энергию органических веществ в отсутствие кислорода, однако полное окисление этих веществ доставляет примерно в 10—20 раз больше энергии. Пища животных состоит в основном из трех групп соединений: углеводов, жиров и белков. При полном окислении углеводов и жиров получаются только два конечных продукта — двуокись углерода (CO2) и вода; при окислении белков, кроме CO2 и воды, образуются небольшие количества других конечных продуктов.
Процессы поглощения кислорода и выделения CO2 называют дыханием, причем это слово может относиться как к газообмену всего организма, так и к процессам, происходящим в клетках. Животные извлекают кислород из среды, в которой они живут, и выделяют в эту же среду CO2. Водные животные используют те небольшие количества кислорода, которые растворены в воде; наземные животные дышат кислородом, в изобилии содержащимся в атмосферном воздухе. Многие мелкие животные могут получать достаточное количество кислорода прямо через поверхность тела,
Газы в воздухе и воде 17
но большинство животных имеет специальные органы дыхания. Когда клетки используют кислород для окисления пищевых веществ, образуется двуокись углерода, которая перемещается в. противоположном направлении и выходит наружу через поверхность тела или дыхательные органы. Другой конечный продукт окисления — вода — просто включается в общий водный запас организма и не создает особых проблем.
Самый важный, а иногда и единственный физический процесс,, который обеспечивает перемещение кислорода из внешней среды к клетке, — это диффузия (т. е. движение газа в виде растворенного вещества в направлении от высоких концентраций к низким). Перемещение СОг в обратном направлении также идет «вниз» по градиенту концентрации. Диффузии часто помогает макродвижение (например, циркуляция крови), но именно градиенты концентраций создают основную движущую силу для перемещения; газов, участвующих в дыхании. Таким образом, чтобы понять механизм дыхания, надо получить представление о дыхательных газах, их растворимости и диффузионных процессах.
