dih. Plinska sestava zračnega okolja in njen vpliv na organizem živali

Umetnost dihanja je, da izdihamo skoraj nič ogljikovega dioksida in ga izgubimo čim manj. Na primer, reakcija rastlinske biosinteze je absorpcija ogljikovega dioksida, izraba ogljika in sproščanje kisika, in takrat je na planetu obstajala zelo bujna vegetacija. Ogljikov dioksid CO2 nenehno nastaja v celicah telesa.

Dihanje je izmenjava plinov na eni strani med krvjo in zunanjim okoljem (zunanje dihanje), na drugi strani pa izmenjava plinov med krvjo in tkivnimi celicami (notranje ali tkivno dihanje).

Zakaj ljudje potrebujejo ogljikov dioksid?

Kisik sodeluje pri presnovi. Zato prenehanje oskrbe s kisikom povzroči odmrtje tkiv in telesa. Glavni del dihalnega sistema človeškega telesa so pljuča, ki opravljajo glavno funkcijo dihanja - izmenjavo kisika in ogljikovega dioksida med telesom in zunanjim okoljem. Takšna izmenjava je mogoča zaradi kombinacije ventilacije, difuzije plinov skozi alveolarno-kapilarno membrano in pljučnega obtoka.

Kako je ogljikov dioksid porazdeljen v zemeljski atmosferi?

V procesu zunanjega dihanja se kisik iz zunanjega okolja dovaja v alveole pljuč. Proces zunanjega dihanja se začne z zgornjimi dihalnimi trakti, ki čistijo, ogrevajo in vlažijo vdihani zrak. Ventilacija pljuč je odvisna od dihalne izmenjave in frekvence dihanja. Difuzija kisika poteka skozi acinus - strukturno enoto pljuč, ki je sestavljena iz dihalnih bronhiolov in alveolov.

Kisik potrebujejo organizmi za dihanje. Pomanjkanje kisika v zraku vpliva na življenje živih organizmov. Če se količina kisika v zraku zmanjša na 1/3 njegovega dela, potem oseba izgubi zavest, ko pa se zmanjša na 1/4 dela, se dihanje ustavi in ​​nastopi smrt.

Vpihajo ga v plavže, da pospešijo taljenje kovin. Ogljikov dioksid nastaja pri zgorevanju (les, šota, premog, olje). Veliko ga v zrak sprostijo organizmi, tudi človek, pri dihanju. Ker je ogljikov dioksid težji od zraka, ga najdemo v večjih količinah v nižjih plasteh atmosfere, kjer se kopiči v kotanjah Zemlje (jame, rudniki, soteske).

Človek pogosto uporablja ogljikov dioksid za karboniziranje sadja in mineralne vode, ko jo ustekleničijo. Ogljikov dioksid, tako kot kisik, pod močnim stiskanjem in nizko temperaturo prehaja iz plinastega stanja v tekoče in trdno stanje. Ogljikov dioksid v trdnem stanju imenujemo suh led. Uporablja se v hladilnikih pri konzerviranju sladoleda, mesa in drugih izdelkov.

Ogljikov dioksid ne podpira gorenja, je težji od zraka, zato se uporablja za gašenje požarov. Zakaj ljudje in drugi živi organizmi ne morejo živeti brez kisika? Zakaj je v zraku vedno kisik? Kako se proizvaja tekoči kisik in kje se uporablja?

Od kod prihajajo mehurčki (ogljikov dioksid) v sodi?

Zrak je mešanica naravnih plinov - dušika, kisika, argona, ogljikovega dioksida, vode in vodika. Je primarni vir energije za vse organizme in ključ do zdrave rasti in dolgega življenja. Zahvaljujoč zraku v organizmih poteka proces presnove in razvoja. Osnovne sestavine, potrebne za rast in življenje rastlin, so kisik, ogljikov dioksid, vodna para in talni zrak. Kisik je potreben za dihanje, ogljikov dioksid pa za prehranjevanje ogljika.

Ta element potrebujejo tudi korenine, listi in stebla rastlin. Ogljikov dioksid vstopi v rastlino skozi njene stomate v listni medij in vstopi v celice. Višja kot je koncentracija ogljikovega dioksida, boljše je življenje rastlin. Zrak ima posebno vlogo tudi pri nastajanju mehanskih tkiv kopenskih rastlin.

Starost, spol, velikost in telesna aktivnost so neposredno povezani s količino popitega zraka. Živali so zelo občutljive na pomanjkanje kisika. To vodi do kopičenja škodljivih strupenih snovi v telesu. Kisik je potreben za nasičenje krvi in ​​tkiv živega bitja. Zato se ob pomanjkanju tega elementa pri živalih pospeši dihanje, pospeši pretok krvi, zmanjšajo se oksidativni procesi v telesu, žival postane nemirna.

Ogljikov dioksid ni kriv za globalno segrevanje

Zrak je bistven dejavnik za človeka. S krvjo se prenaša po telesu in nasiči vsak organ in vsako celico v telesu. V zraku poteka izmenjava toplote človeškega telesa z okoljem. Bistvo te izmenjave je konvekcijsko sproščanje toplote in izhlapevanje vlage iz njihovih človeških pljuč. S pomočjo dihanja človek nasiči telo z energijo. Razlog za to je industrijska in tehnogena dejavnost človeka.

Odrasla oseba v mirovanju naredi povprečno 14 dihalnih gibov na minuto, vendar lahko stopnja dihanja občutno niha (od 10 do 18 na minuto). Odrasla oseba naredi 15-17 vdihov na minuto, novorojenček pa 1 vdih na sekundo. Običajni miren izdih poteka v veliki meri pasivno, medtem ko notranje medrebrne mišice in nekatere trebušne mišice aktivno delujejo.

Razlikovati med zgornjim in spodnjim dihalnim traktom. Simbolični prehod zgornjega dihalnega trakta v spodnjega poteka na stičišču prebavnega in dihalnega sistema v zgornjem delu grla. Vdih in izdih potekata s spreminjanjem velikosti prsnega koša s pomočjo dihalnih mišic. Med enim vdihom (v mirnem stanju) vstopi v pljuča 400-500 ml zraka. Ta prostornina zraka se imenuje plimna prostornina (TO). Enaka količina zraka vstopi v ozračje iz pljuč med tihim izdihom.

Po največjem izdihu ostane v pljučih približno 1500 ml zraka, kar imenujemo preostali volumen pljuč. Dihanje je ena redkih telesnih funkcij, ki jo lahko nadzorujemo zavestno in nezavedno. Vrste dihanja: globoko in plitvo, pogosto in redko, zgornje, srednje (torakalno) in spodnje (trebušno).

Pljuča (latinsko pulmo, drugo grško πνεύμων) se nahajajo v prsni votlini, obkrožena s kostmi in mišicami prsnega koša. Poleg tega je dihalni sistem vključen v tako pomembne funkcije, kot so termoregulacija, proizvodnja glasu, vonj, vlaženje vdihanega zraka.

Z znižanjem temperature okolja se izmenjava plinov pri toplokrvnih živalih (zlasti pri majhnih) poveča zaradi povečane proizvodnje toplote. Pri ljudeh se pri delu z zmerno močjo poveča po 3-6 minutah. po zagonu doseže določeno raven in nato ostane na tej ravni ves čas dela. Študije sprememb v izmenjavi plinov med običajnim fizičnim delom se uporabljajo v fiziologiji dela in športu, na kliniki za oceno funkcionalnega stanja sistemov, ki sodelujejo pri izmenjavi plinov.

Kakšna je uporaba kisika v industriji? Izkazalo se je, da ogljikov dioksid do določene meje prispeva k popolnejši asimilaciji kisika v telesu. Ogljikov dioksid sodeluje tudi pri biosintezi živalskih beljakovin, kar nekateri znanstveniki vidijo kot možen razlog za obstoj velikanskih živali in rastlin pred več milijoni let.

Cilji:

• Preučiti gradivo o pomenu zraka za žive organizme, o spremembi sestave zraka, povezavi med procesi, ki se pojavljajo v živih organizmih, in svetom okoli njih.
• Razviti sposobnost dela z izročki, opazovati, sklepati; spodbujajo oblikovanje komunikacijskih kompetenc.
• Pri učencih oblikovati ekološko kulturo, temelje svetovnega nazora, vcepiti temelje zdravega načina življenja.

MED POUKOM

I. Organizacijski trenutek(1 minuta.)

II. Preverjanje znanja(5-7 min.)

1. Izvedite preverjanje. Ponudite izbiro (1 od 3)

Izpolnite eno od treh nalog.

Preizkus.

Izberite pravilne odgovore.

1. Izberite pravilne trditve, ki označujejo lastnosti zraka:

a. stisljiv in prožen
b. ne morejo dihati
v. slabo prevaja toploto

2. Naprava za izvajanje podvodnega dela se imenuje:

a. keson
b. barometer
v. manometer

3. Plin, ki podpira gorenje in dihanje, se imenuje:

a. karbonski
b. kisik
v. dušik

4. Plin, ki sestavlja največji del zraka:

a. dušik
b. kisik
v. neon

5. Zračna lupina Zemlje se imenuje:

a. litosfera
b. hidrosfera
v. vzdušje

6. Plin, ki ščiti vsa živa bitja pred sončnim sevanjem:

a. dušik
b. ozon
v. kisik.

Odgovori: 1 - a, c; 2 - a; 3 - b; 4 - a; 5 - v; 6 - b.

B. Izberite pravilne trditve

1. Zrak je stisljiv in elastičen.
2. Zraka ni mogoče dihati.
3. Zrak je mešanica plinov.
4. Dušika v zraku je 21 %.
5. Ogljikov monoksid je nujen za dihanje.
6. Ozon ščiti žive organizme pred sevanjem.

2. Izpolnite diagram in diagram "Sestava zraka"

odgovori. Shema: dušik / kisik / ogljikov dioksid / inertni plini / vodna para, prah, saje.

Diagram: 78%, 21%, 1%.

3. Strokovni pregled(Odgovori so napisani na tabli.) Izrazite odgovore.

Minuta telesne vzgoje

Prosimo, stojte blizu svojih miz.
Tisti, ki je napisal na "5", bo dvignil roke.
Tisti, ki je napisal na "4", bo dvignil roke na ramena.
Tisti, ki je napisal na "3", stoji s spuščenimi rokami.

III. Učenje nove snovi. 20-25 min.

1. Težava : Ali je mogoče živeti in ne dihati?
………………..

Naredimo preprost poskus. Zadržite dih, zabeležite čas, ko ste začeli s poskusom, in nato čas, ko ste znova vdihnili. Preštejte, koliko sekund niste mogli dihati?

Izbira:

1) delo samostojno, na uro;
2) delo pod vodstvom učitelja.

Torej, strinjam se - ne veliko! Človek lahko brez hrane živi več tednov, saj je v celicah zaloga hranil. Brez vode lahko živite več dni - njene zaloge v telesu zadostujejo za skoraj teden dni.

• Zakaj moramo nenehno dihati, tudi ko spimo?
• Verjetno telo porablja zrak, potreben za življenje, in njegovo zalogo je treba nenehno dopolnjevati.
• Uganete, o čem bomo razpravljali v današnji lekciji?

2. Tema lekcije: Pomen zraka za žive organizme. Sprememba sestave zraka. zgorevanje. Dih".

- Fantje, o čem govorite? že vem? Kaj bi ti želel vedeti?(subjektivna izkušnja)

3. Namen Današnja lekcija je, da ugotovimo, kakšen pomen ima zrak za žive organizme, kako se spreminja sestava zraka med dihanjem, kako so povezani procesi, ki potekajo v živih organizmih in njihovem okolju.

4. Motivacija

- Fantje, zakaj moramo preučevati ta vprašanja?
– Poznavanje teh vprašanj bo pomagalo pri študiju fizike, kemije, biologije, ekologije; pomagajo ohranjati svoje zdravje, zdravje drugih; spoštujemo naravo okoli nas.

5. Učenje nove snovi z izročki

A. Spremembe v sestavi zraka

Ali se vdihani zrak razlikuje od izdihanega?
Če želite to preveriti, lahko zaženete izkušnja. V dve epruveti nalijemo apneno vodo, ki se ob prisotnosti ogljikovega dioksida spremeni. Prisoten je tudi v zraku, ki ga dihamo, vendar ga ni veliko. Naprava je zasnovana tako, da vdihani zrak vstopa v epruveto št. 1, izdihani pa v epruveto št. 2. Več kot je ogljikovega dioksida v zraku, bolj se spremeni barva apnene vode. Človek diha v cev: vdih - izdih, vdih - izdih.
Tekočina v epruveti št. 2 postane bela, v epruveti št. 1 - rahlo motna.

Zapišite izhod: ogljikov dioksid v izdihanem zraku postal ... kot je bilo v vdihanem.

Zaznavanje ogljikovega dioksida v izdihanem zraku.

B. Pomen zraka za žive organizme

1) Telo uporablja kisik in proizvaja ogljikov dioksid. Kisik se nenehno dovaja živemu organizmu, ogljikov dioksid pa se iz njega odstranjuje. Ta proces izmenjave plinov imenujemo izmenjava plinov. Pojavlja se v vsakem živem organizmu.

2) Če je telo sestavljeno iz ene celice, potem celica absorbira kisik neposredno iz okolja. Ameba ga na primer dobi iz vode, ogljikov dioksid pa iz telesa izpusti v vodo.

V živih organizmih, sestavljenih iz ene same celice, poteka izmenjava plinov z okoljem skozi površino celice.

3 ) Vsaki celici je veliko težje zagotoviti kisik organizem, sestavljen iz veliko različnih celic, ki jih večina ni na površini, ampak v notranjosti telesa. Potrebujemo »pomočnike«, ki bodo vsako celico oskrbeli s kisikom in iz nje odvzeli ogljikov dioksid. Takšni pomočniki pri živalih in ljudeh so dihala in kri.
Skozi dihala pride kisik v telo iz okolja, kri pa ga ponese po telesu, do vsake žive celice. Na enak način, vendar v nasprotni smeri, se nakopičeni ogljikov dioksid odstrani iz vsake celice, nato pa iz celotnega organizma.

4) Različne živali se na različne načine prilagajajo pridobivanju kisika, potrebnega za življenje. To je posledica dejstva, da nekatere živali prejemajo kisik, raztopljen v vodi, druge - iz atmosferskega zraka.

ribe jemlje kisik iz vode s pomočjo škrg. Preko njih se ogljikov dioksid odvaja v okolje.
plavalni hroščživi v vodi, diha pa atmosferski zrak. Za dihanje izpostavi konec trebuha iz vode in skozi dihalne odprtine sprejema kisik in sprošča ogljikov dioksid.
Pri žabi Izmenjava plinov poteka skozi vlažno kožo in pljuča.
Pečat lahko ostane pod vodo do 15 minut. Pri potapljanju v dihalnem in obtočnem sistemu živali pride do pomembnih sprememb: žile se zožijo, nekatere pa popolnoma stisnjene. S krvjo so preskrbljeni le najpomembnejši organi za življenje: srce in možgani. Kisik se porabi ekonomično, kar omogoča, da žival dolgo ostane pod vodo.

5) Kako dihajo rastline?

Vsaka živa celica korenine, lista, stebla diha, prejema kisik iz okolja in sprošča ogljikov dioksid. Koreninske celice dobijo kisik iz zemlje. V listih večine rastlin poteka izmenjava plinov skozi želodce (reže
med posebnimi celicami) in na steblu - skozi lenticele (majhne tuberkule z luknjami v lubju). Zrak se nahaja v medceličnem prostoru – v medceličnih prostorih.

Torej vsi živi organizmi na tak ali drugačen način prejemajo kisik za življenje. Zakaj je to tako potrebno? (Za dih vsake celice.)
Vendar nismo ugotovili enega zelo pomembnega vprašanja: kam izgine kisik? Navsezadnje nenehno vstopa v telo. Verjetno se na njej zgodi nekaj sprememb in se namesto kisika v vsaki celici pojavi ogljikov dioksid.
Kaj se dogaja? Ali je naključje, da jemo večkrat na dan in nenehno dihamo? Ali obstaja kakšna povezava med stalno porabo hranil in porabo kisika?

To vprašanje zanima tudi znanstvenike. In tukaj je, kaj so ugotovili.

• Hranila (a in b) vstopajo v vsako celico, saj se mora vsaka živa celica hraniti.
• Iz teh snovi a in b oblikuje celica svojo snov AB za življenje.
• Kisik vstopi v vsako celico.
• Kisik deluje na snov AB in iz nje se sprošča energija.

a, b, AB - snovi, potrebne za življenje celice (hranila);
c, d - snovi, škodljive za celico (razpadni produkti);
O je energija, ki jo vsebujejo različne snovi.

Vsa živa bitja milijarde let absorbirajo kisik in sproščajo ogljikov dioksid v okolje. Sama rastlina potrebuje kisik za dihanje. Kar se zgodi? Ista rastlina absorbira in oddaja kisik.
Kako se obnavljajo zaloge kisika na Zemlji?
Kaj se dogaja v listih rastlin na svetlobi?

Zapisati: rastline proizvajajo organske snovi. Pri tem se sprosti kisik v okolje.
Rastlina diha podnevi in ​​ponoči. Proizvede se več kisika, kot se porabi pri dihanju.

C. Pisno reši nalogo

Dokončaj ponudbo.

ena). V vsak živ organizem vstopi dihanje ... , vendar izstopa. ... Ta proces izmenjave plinov se imenuje ....
2) Pri vstopu v vsako celico se kisik porabi za pridobitev potrebne energije. Zato med tekom, ko je potrebna energija, človek in živali dihajo ... kot v mirovanju.
3) Kisik deluje na ... snovi, ki so v celici, zaradi česar telo prejme potrebno za življenje ....
4) Več energije kot je porabljene, več jo telo potrebuje ... in hranila.
5) Oseba, ki vodi aktiven življenjski slog, potrebuje več ... snovi in ....
6) Vsi živi organizmi prejemajo kisik in hranila za življenje iz ... okolju.
7) Onesnaženost zraka, hrane in vode lahko povzroči smrt ... .
8) Rastline zagotavljajo vse žive organizme ... in ... .

Samotestiranje.

• Kisik, ogljikov dioksid, izmenjava plinov.
• Pogosteje.
• Organske snovi, energija.
• kisik.
• Hranila in kisik.
• okolju.
• živi organizmi.
• Hranila in kisik.

G. Izbirno: Razloži risbo Poveži številke in črke, določi uro.

1 2 3

a. Rastlina sprejema kisik in sprošča ogljikov dioksid, torej diha.
b. rastlina absorbira ... , dodeljuje …, tvorjenje na svetlobi organskih snovi za prehrano.
v. Rastlina absorbira kisik … torej diha.

odgovor: 1a čez dan; 2b čez dan absorbira ogljikov dioksid, sprošča kisik; 3c ponoči sprošča ogljikov dioksid.

IV. Sidranje(5 minut.)

1. Pogovorite se s svojimi sodelavci, kaj je treba narediti, da se boste v pisarni počutili udobno.

2. Naredite beležko "Ukrepi za izboljšanje okoljske situacije v razredu."

3. Izberite med naslednjim:

1. Pogosteje zračite učilnico.
2. Izogibajte se dejanjem, povezanim s kurjenjem.
3. Pridobite potrebno število rastlin.
4. Igrajte več žetonov.
5. Ne spreminjaj ničesar.
6. Vaša možnost.

V. Domača naloga(3 min.)

1. Rešite eno težavo na izbira.

• Znano je, da se dušik v vodi slabše topi kot kisik. Kako se zrak, raztopljen v vodi, razlikuje od atmosferskega zraka?
• Izračunaj, koliko kisika je po prostornini v litrski steklenici.

2. Pojasnite stavek "Potrebujemo ga kot zrak"

VI. Odsev

V razredu sem se naučil ...

Da bi spoznali načine nastanka življenja, morate najprej preučiti znake in lastnosti živih organizmov. Poznavanje kemične sestave, zgradbe in različnih procesov, ki potekajo v telesu, omogoča razumevanje izvora življenja. Da bi to naredili, se bomo seznanili z značilnostmi nastanka prvih anorganskih snovi v vesolju in pojavom planetarnega sistema.

Atmosfera starodavne Zemlje. Po zadnjih podatkih vesoljskih znanstvenikov so nebesna telesa nastala pred 4,5-5 milijardami let. V prvih fazah nastajanja Zemlje je njena sestava vključevala okside, karbonate, kovinske karbide in pline, ki so izbruhnili iz globin vulkanov. Zaradi zbijanja zemeljske skorje in delovanja gravitacijskih sil se je začela sproščati velika količina toplote. Na povišanje temperature Zemlje je vplival razpad radioaktivnih spojin in ultravijolično sevanje sonca. Takrat je voda na Zemlji obstajala v obliki pare. V zgornjih plasteh zraka se je vodna para zbrala v oblake, ki so v obliki močnega dežja padli na površje vročih kamnov, nato pa se ponovno, izhlapevajoč, dvignili v ozračje. Strela je švignila na Zemljo, zagrmelo je. To je trajalo dolgo časa. Postopoma so se površinske plasti Zemlje začele ohlajati. Zaradi močnega deževja so nastali manjši zadrževalniki. Vroči tokovi lave, ki so pritekli iz vulkanov in pepela, so padli v primarne rezervoarje in nenehno spreminjali okoljske razmere. Takšne nenehne spremembe v okolju so prispevale k nastanku reakcij za tvorbo organskih spojin.
Zemljina atmosfera je vsebovala metan, vodik, amoniak in vodo že pred nastankom življenja (1). Kot posledica kemijske reakcije spoja molekul saharoze so nastali škrob in vlaknine, iz aminokislin pa beljakovine (2,3). Iz saharoze in dušikovih spojin (4) so ​​nastale samoregulacijske molekule DNA (slika 9).

riž. 9. Pred približno 3,8 milijardami let so s kemičnimi reakcijami nastale prve kompleksne spojine

V primarni atmosferi Zemlje ni bilo prostega kisika. Kisik se je srečal v obliki spojin železa, aluminija, silicija in sodeloval pri nastajanju različnih mineralov zemeljske skorje. Poleg tega je bil kisik prisoten v sestavi vode in nekaterih plinov (na primer ogljikov dioksid). Vodikove spojine z drugimi elementi so na površju Zemlje tvorile strupene pline. Ultravijolično sevanje Sonca je bilo eden od potrebnih virov energije za nastanek organskih spojin. Metan, amoniak in drugi plini so zelo razširjeni v Zemljinem ozračju (slika 10).

riž. 10. Začetna stopnja nastanka življenja na Zemlji. Tvorba kompleksnih organskih spojin v primarnem oceanu

Tvorba organskih spojin na abiogen način. Poznavanje okoljskih razmer v začetnih fazah razvoja Zemlje je bilo za znanost velikega pomena. Posebno mesto na tem področju zavzema delo ruskega znanstvenika A. I. Oparina (1894-1980). Leta 1924 je predlagal možnost kemijske evolucije skozi začetne stopnje evolucije Zemlje. Teorija AI Oparina temelji na postopnem dolgotrajnem zapletu kemičnih spojin.
Ameriška znanstvenika S. Miller in G. Urey sta leta 1953 po teoriji A. I. Oparina postavila poskuse. S prepuščanjem električne razelektritve skozi mešanico metana, amoniaka in vode so dobili različne organske spojine (sečnino, mlečno kislino, različne aminokisline). Kasneje so takšne poskuse ponovili številni znanstveniki. Dobljeni rezultati poskusov so dokazali pravilnost hipoteze A. I. Oparina.
Zahvaljujoč zaključkom zgoraj omenjenih poskusov je bilo dokazano, da so kot posledica kemijske evolucije primitivne Zemlje nastali biološki monomeri.

Nastanek in razvoj biopolimerov. Celota in sestava organskih spojin, ki so nastale v različnih vodnih prostorih prvobitne Zemlje, je bila na različnih ravneh. Nastajanje tovrstnih spojin na abiogen način je bilo eksperimentalno dokazano.
Ameriški znanstvenik S. Fox je leta 1957 izrazil mnenje, da lahko aminokisline tvorijo peptidne vezi tako, da se povezujejo med seboj brez sodelovanja vode. Opazil je, da ko se suhe mešanice aminokislin segrejejo in nato ohladijo, njihove proteinom podobne molekule tvorijo vezi. S. Fox je prišel do zaključka, da so na mestu nekdanjih vodnih prostorov pod vplivom toplote tokov lave in sončnega sevanja nastale samostojne spojine aminokislin, ki so povzročile primarne polipeptide.

Vloga DNK in RNK v evoluciji življenja. Glavna razlika med nukleinskimi kislinami in beljakovinami je sposobnost podvajanja in reprodukcije natančnih kopij originalnih molekul. Leta 1982 je ameriški znanstvenik Thomas Check odkril encimsko (katalitsko) delovanje molekul RNA. Kot rezultat je ugotovil, da so molekule RNA prvi polimeri na Zemlji. Molekule DNA so v primerjavi z RNK bolj stabilne pri razpadnih procesih v šibko alkalnih vodnih raztopinah. In okolje s takimi rešitvami je bilo v vodah primarne Zemlje. Trenutno je to stanje ohranjeno le v sestavi celice. Molekule DNK in proteini so med seboj povezani. Beljakovine na primer ščitijo molekule DNK pred škodljivimi učinki ultravijoličnih žarkov. Proteinov in molekul DNK ne moremo imenovati živi organizmi, čeprav imajo nekatere lastnosti živih teles, ker nimajo popolnoma oblikovanih bioloških membran.

Evolucija in nastanek bioloških membran. Vzporedni obstoj beljakovin in nukleinskih kislin v vesolju je morda odprl pot za nastanek živih organizmov. To se lahko zgodi le ob prisotnosti bioloških membran. Zahvaljujoč biološkim membranam se tvori povezava med okoljem in beljakovinami, nukleinskimi kislinami. Samo skozi biološke membrane poteka proces metabolizma in energije. Skozi milijone let so primarne biološke membrane, ki so postopoma postajale vse bolj zapletene, v sestavo dodale različne beljakovinske molekule. Tako so se s postopnim zapletom pojavili prvi živi organizmi (protobionti). Protobionti so postopoma razvili sisteme samoregulacije in samoreprodukcije. Prvi živi organizmi so se prilagodili življenju v okolju brez kisika. Vse to ustreza mnenju, ki ga je izrazil AI Oparin. Hipotezo A. I. Oparina v znanosti imenujemo teorija koacervata. To teorijo je leta 1929 podprl angleški znanstvenik D. Haldane. Večmolekularne komplekse s tanko vodno ovojnico na zunanji strani imenujemo koacervati ali koacervatne kapljice. Nekatere beljakovine v sestavi koacervatov so delovale kot encimi, nukleinske kisline pa so z dedovanjem pridobile sposobnost prenosa informacij (slika 11).

riž. 11. Tvorba koacervatov - večmolekularnih kompleksov z vodno lupino

Postopoma so nukleinske kisline razvile sposobnost podvajanja. Povezava kapljice koacervata z okoljem je vodila do prve preproste izmenjave snovi in ​​energije na Zemlji.
Tako so glavne določbe teorije o izvoru življenja po A. I. Oparinu naslednje:

1. zaradi neposrednega vpliva okoljskih dejavnikov so iz anorganskih nastajale organske snovi;
2. nastale organske snovi so vplivale na nastanek kompleksnih organskih spojin (encimov) in prostih samoreprodukcijskih genov;
3. oblikovani prosti geni v kombinaciji z drugimi visokomolekularnimi organskimi snovmi;
4. v makromolekularnih snoveh so se na zunanji strani postopoma pojavile beljakovinsko-lipidne membrane;
5. Kot rezultat teh procesov so se pojavile celice.

Sodobni pogled na nastanek življenja na Zemlji se imenuje
teorija biopoeze (organske spojine nastanejo iz živih organizmov). Trenutno se imenuje biokemična evolucijska teorija o nastanku življenja na Zemlji. To teorijo je leta 1947 predlagal angleški znanstvenik D. Bernal. Ločil je tri stopnje biogeneze. Prva stopnja je nastanek bioloških monomerov na abiogen način. Druga stopnja je tvorba bioloških polimerov. Tretja stopnja je nastanek membranskih struktur in prvih organizmov (protobiontov). Združevanje kompleksnih organskih spojin v sestavi koacervatov in njihova aktivna medsebojna interakcija ustvarjajo pogoje za nastanek samoregulirajočih protozojskih heterotrofnih organizmov.
V procesu nastanka življenja so se zgodile kompleksne evolucijske spremembe - nastanek organskih snovi iz anorganskih spojin. Najprej so se pojavili kemosintetični organizmi, nato postopoma - fotosintetični organizmi. Fotosintetični organizmi so imeli veliko vlogo pri pojavu več prostega kisika v zemeljski atmosferi.
Kemijska evolucija in evolucija prvih organizmov (protobiontov) na Zemlji je trajala do 1-1,5 milijarde let (slika 12).

riž. 12. Shema prehoda kemične evolucije v biološko

Primarno vzdušje. biološka membrana. Coacervat. Protobiont. Teorija biopoeze.

1. Nebesna telesa, vključno z globusom, so se pojavila pred 4,5-5 milijardami let.
2. Med nastankom Zemlje je bilo vodika in njegovih spojin veliko, prostega kisika pa ni bilo.
3. V začetni fazi razvoja Zemlje je bil edini vir energije ultravijolično sevanje Sonca.
4. AI Oparin je izrazil mnenje, da v začetnem obdobju na Zemlji poteka le kemična evolucija.
5. Na Zemlji so se najprej pojavili biološki monomeri, iz katerih so postopoma nastale beljakovine in nukleinske kisline (RNA, DNA).
6. Prvi organizmi, ki so se pojavili na Zemlji, so bili protobionti.
7. Večmolekularni kompleksi, obdani s tanko vodno lupino, se imenujejo koacervati.
1. Kaj je koacervat?
2. Kakšen je pomen teorije A. I. Oparina?
3. Kateri strupeni plini so bili v zgodnji atmosferi?
1. Opišite sestavo primarne atmosfere.
2. Kakšno teorijo o nastanku aminokislin na površju Zemlje je predstavil S. Fox?
3. Kakšno vlogo imajo nukleinske kisline v evoluciji življenja?

1. Kaj je bistvo poskusov S. Millerja in G. Ureya?
2. Na čem je temeljil A. I. Oparin v svojih hipotezah?
3. Poimenujte glavne faze nastanka življenja.

* Preizkusite svoje znanje!
Vprašanja za pregled. Poglavje 1. Izvor in začetne stopnje razvoja življenja na Zemlji

1. Raven organizacije življenja, na kateri se rešujejo globalni problemi.
2. Individualni razvoj posameznih organizmov.
3. Stabilnost notranjega okolja telesa.
4. Teorija o nastanku življenja skozi kemijsko evolucijo anorganskih snovi.
5. Zgodovinski razvoj organizmov.
6. Raven organizacije življenja, sestavljena iz celic in medceličnih snovi.
7. Lastnost živih organizmov, da razmnožujejo svoje vrste.
8. Življenjski standard, za katerega je značilna enotnost skupnosti živih organizmov in okolja.
9. Življenjski standard, za katerega je značilna prisotnost nukleinskih kislin in drugih spojin.
10. Lastnost spreminjanja vitalne aktivnosti živih organizmov glede na letne cikle.
11. Pogled na uvedbo življenja z drugih planetov.
12. Raven organizacije življenja, ki jo predstavlja strukturna in funkcionalna enota vseh živih organizmov na Zemlji.
13. Lastnost tesne povezanosti živih organizmov z okoljem.
14. Teorija, ki nastanek življenja povezuje z delovanjem »življenjskih sil«.
15. Lastnost živih organizmov, da prenašajo lastnosti na svoje potomce.
16. Znanstvenik, ki je s pomočjo preprostih izkušenj dokazal nepravilnost teorije o spontanem nastanku življenja.
17. Ruski znanstvenik, ki je predlagal teorijo o nastanku življenja na abiogen način.
18. Plin, potreben za življenje, ki ga ni bilo v sestavi primarne atmosfere.
19. Znanstvenik, ki je izrazil mnenje o nastanku peptidne vezi s povezovanjem aminokislin brez sodelovanja vode.
20. Prvi živi organizmi z biološko membrano.
21. Kompleksi z visoko molekulsko maso, obdani s tanko vodno lupino.
22. Znanstvenik, ki je prvi definiral koncept življenja.
23. Lastnost živih organizmov, da se odzivajo na različne vplive okoljskih dejavnikov.
24. Lastnost spreminjanja znakov dednosti živih organizmov pod vplivom različnih okoljskih dejavnikov.
25. Raven organizacije življenja, na kateri so opazne prve preproste evolucijske spremembe.

dih- to je za nas tako naraven proces, da verjetno malo ljudi razmišlja o tem, kako dihamo in kaj. O tem sem razmišljala kot otrok, ko mi je dihanje motilo prehlad. Potem pa mi zamašen nos enostavno ni dal razmišljati o čem drugem.

Kaj vse dihamo

Že od šolskih klopi vsi vemo, da človek diha kisik je potreben. Je eden najpomembnejših elementov, potrebnih za ohranjanje življenja na našem planetu v obliki, ki smo je vajeni. Kisik najdemo ne le v zraku. Je tudi sestavni del zemeljske hidrosfere. Prav zaradi tega dejstva ima voda tudi življenje.

Kako so odkrili kemični element kisik Carl Schele davnega leta 1773.

Dejstva o kisiku

Kisik ni samo vitalen, ampak tudi zelo radoveden element. Tukaj je izbor zanimivih dejstev, za katere morda še niste slišali:

Kaj se zgodi, če dihate čisti kisik

Kot sem rekel zgoraj, je kisik v svoji čisti obliki in v visoki koncentraciji nevaren in celo strupen. In kaj se bo zgodilo s človekom, če ga nekaj časa diha?

Pri nas običajno normalna vsebnost kisika v zraku približno 21% . Če ta vsebnost naraste na 50 %, pride do zastrupitve telesa. To lahko povzroči povečanje koncentracije ogljikovega dioksida v telesu, krče, kašelj, izgubo vida in na koncu smrt.

Vse življenje na Zemlji obstaja zaradi niza sončne toplote in energije, ki doseže površino našega planeta. Vse živali in ljudje so se prilagodili pridobivanju energije iz organskih snovi, ki jih sintetizirajo rastline. Da bi izkoristili energijo sonca, ki jo vsebujejo molekule organskih snovi, jo je treba sprostiti z oksidacijo teh snovi. Najpogosteje se kot oksidant uporablja zračni kisik, saj predstavlja skoraj četrtino volumna okoliškega ozračja.

Dihajo enocelični praživali, koelenterati, prostoživeči ploščati in okrogli črvi celotno površino telesa. Posebni dihalni organi - pernate škrge pojavljajo se pri morskih kolobarjih in vodnih členonožcih. Dihalni organi členonožcev so sapnice, škrge, pljuča v obliki listov ki se nahajajo v vdolbinah pokrova telesa. Predstavljen je dihalni sistem suličnika škržne reže prodiranje stene sprednjega črevesa - žrela. Pri ribah se nahajajo pod škržnimi pokrovi škrge, obilno prežeta z najmanjšimi krvnimi žilami. Pri kopenskih vretenčarjih so dihalni organi pljuča. Razvoj dihanja pri vretenčarjih je sledil poti povečanja površine pljučnih septumov, vključenih v izmenjavo plinov, izboljšanja transportnih sistemov za dostavo kisika v celice v telesu in razvoja sistemov, ki zagotavljajo prezračevanje dihalnih organov.

Zgradba in funkcije dihalnega sistema

Nujen pogoj za vitalno aktivnost organizma je stalna izmenjava plinov med organizmom in okoljem. Organi, skozi katere kroži vdihani in izdihani zrak, so združeni v dihalni aparat. Dihalni sistem tvorijo nosna votlina, žrelo, grlo, sapnik, bronhiji in pljuča. Večina jih je dihalnih poti in služijo za prenašanje zraka v pljuča. V pljučih poteka proces izmenjave plinov. Pri dihanju telo dobiva kisik iz zraka, ki ga kri raznaša po telesu. Kisik je vključen v kompleksne oksidativne procese organskih snovi, pri katerih se sprošča telesu potrebna energija. Končni produkti razgradnje - ogljikov dioksid in delno voda - se izločajo iz telesa v okolje preko dihal.

Funkcije dihalnega sistema

• Oskrba telesnih celic s kisikom O2.
• Odstranitev iz telesa ogljikovega dioksida CO 2, pa tudi nekaterih končnih produktov presnove (vodna para, amoniak, vodikov sulfid).

Nosna votlina

Dihalne poti se začnejo pri Nosna votlina, ki je preko nosnic povezana z okoljem. Iz nosnic gre zrak skozi nosne poti, ki so obložene s sluznico, migetalkami in občutljivim epitelijem. Zunanji nos je sestavljen iz kostnih in hrustančnih tvorb in ima obliko nepravilne piramide, ki se razlikuje glede na strukturne značilnosti osebe. Sestava kostnega skeleta zunanjega nosu vključuje nosne kosti in nosni del čelne kosti. Hrustančni skelet je nadaljevanje kostnega skeleta in je sestavljen iz hialinskih hrustancev različnih oblik. Nosna votlina ima spodnjo, zgornjo in dve stranski steni. Spodnjo steno tvori trdo nebo, zgornjo pa etmoidna plošča etmoidne kosti, stransko pa zgornja čeljust, solzna kost, orbitalna plošča etmoidne kosti, palatinska kost in sfenoidna kost. Nosna votlina je razdeljena na desni in levi del z nosnim septumom. Nosni septum tvori vomer, pravokotna plošča etmoidne kosti, spredaj pa ga dopolnjuje štirikotni hrustanec nosnega septuma.

Na stranskih stenah nosne votline so turbinati - po tri na vsaki strani, kar povečuje notranjo površino nosu, s katero pride v stik vdihani zrak.

Nosno votlino tvorita dve ozki in vijugasti nosne poti. Tu se zrak ogreje, navlaži in osvobodi prašnih delcev in mikrobov. Membrana, ki obdaja nosne poti, je sestavljena iz celic, ki izločajo sluz, in celic ciliranega epitelija. Z gibanjem migetalk se sluz skupaj s prahom in mikrobi pošlje iz nosnih poti.

Notranja površina nosnih poti je bogato preskrbljena s krvnimi žilami. Vdihani zrak vstopi v nosno votlino, segreje, navlaži, očisti prahu in delno nevtralizira. Iz nosne votline vstopi v nazofarinks. Nato zrak iz nosne votline vstopi v žrelo, iz njega pa v grlo.

Larinks

Larinks- eden od oddelkov dihalnih poti. Tukaj zrak vstopa iz nosnih poti skozi žrelo. V steni grla je več hrustancev: ščitnični, aritenoidni itd. V trenutku požiranja hrane vratne mišice dvignejo grlo, epiglotalni hrustanec pa se spusti in grlo se zapre. Zato pride hrana le v požiralnik in ne v sapnik.

V ozkem delu grla se nahajajo glasilke, na sredini med njima je glotis. Ko zrak prehaja skozi, glasilke vibrirajo in proizvajajo zvok. Tvorba zvoka se pojavi pri izdihu z gibanjem zraka, ki ga nadzoruje oseba. Pri tvorbi govora sodelujejo: nosna votlina, ustnice, jezik, mehko nebo, obrazne mišice.

sapnik

Larinks gre v sapnik(sahtnik), ki ima obliko približno 12 cm dolge cevi, v stenah katere so hrustančni polobročki, ki ne dovolijo, da bi se spustila. Njegovo zadnjo steno tvori membrana vezivnega tkiva. Sapnična votlina je, tako kot votlina drugih dihalnih poti, obložena z migetalkastim epitelijem, ki preprečuje, da bi prah in drugi tujki prodrli v pljuča. Sapnik zavzema srednji položaj, zadaj meji na požiralnik, na njegovih straneh pa so nevrovaskularni snopi. Spredaj je vratni del sapnika prekrit z mišicami, na vrhu pa ga pokriva tudi ščitnica. Torakalni sapnik je spredaj prekrit z ročajem prsnice, ostanki timusne žleze in žil. Z notranje strani je sapnik prekrit s sluznico, ki vsebuje veliko količino limfoidnega tkiva in mukoznih žlez. Pri dihanju se drobni delci prahu prilepijo na navlaženo sluznico sapnika, migetalke migetalljivega epitelija pa jih premaknejo nazaj proti izhodu iz dihalnih poti.

Spodnji del sapnika se razdeli na dva bronhija, ki se nato večkrat razvejata, vstopita v desna in leva pljuča ter tvorita v pljučih "bronhialno drevo".

bronhijev

V prsni votlini se sapnik razdeli na dvoje bronhus- leva in desna. Vsak bronh vstopi v pljuča in se tam razdeli na bronhije manjšega premera, ki se razvejajo v najmanjše zračne cevke - bronhiole. Bronhiole zaradi nadaljnje razvejanosti prehajajo v podaljške - alveolarne prehode, na stenah katerih so mikroskopske izbokline, imenovane pljučni vezikli ali pljučne mešičke.

Stene alveolov so zgrajene iz posebnega tankega enoslojnega epitelija in so gosto prepletene s kapilarami. Skupna debelina stene alveolov in stene kapilare je 0,004 mm. Skozi to najtanjšo steno pride do izmenjave plinov: kisik vstopi v kri iz alveolov, ogljikov dioksid pa se vrne nazaj. V pljučih je na stotine milijonov alveolov. Njihova skupna površina pri odrasli osebi je 60–150 m 2. zaradi tega v kri vstopi zadostna količina kisika (do 500 litrov na dan).

pljuča

pljuča zasedajo skoraj celotno votlino prsne votline in so elastični gobasti organi. V osrednjem delu pljuč so vrata, kamor vstopajo bronhus, pljučna arterija, živci in izstopajo pljučne vene. Desno pljučno krilo je razdeljeno z brazdami na tri režnje, levo na dva. Zunaj so pljuča prekrita s tankim filmom vezivnega tkiva - pljučna pleura, ki prehaja na notranjo površino stene prsne votline in tvori parietalno pleuro. Med tema dvema filmoma je plevralni prostor, napolnjen s tekočino, ki zmanjšuje trenje med dihanjem.

Na pljučih ločimo tri površine: zunanjo ali obalno, medialno, obrnjeno proti drugim pljučem, in spodnjo ali diafragmatično. Poleg tega se v vsakem pljuču razlikujeta dva robova: sprednji in spodnji, ki ločujeta diafragmatično in medialno površino od obalne. Zadaj rebra brez ostre meje prehaja v medialno. Sprednji rob levega pljuča ima srčno zarezo. Njena vrata se nahajajo na medialni površini pljuč. Vrata vsakega pljuča vključujejo glavni bronhus, pljučno arterijo, ki prenaša vensko kri v pljuča, in živce, ki inervirajo pljuča. Iz vrat vsakega pljuča izstopata dve pljučni veni, ki prenašata arterijsko kri v srce in limfne žile.

Pljuča imajo globoke žlebove, ki jih delijo na zgornje, srednje in spodnje režnje, v levih dveh pa na zgornje in spodnje. Dimenzije pljuč niso enake. Desno pljučno krilo je nekoliko večje od levega, hkrati pa je krajše in širše, kar ustreza višji legi desne kupole diafragme zaradi desnega položaja jeter. Barva normalnih pljuč v otroštvu je bledo rožnata, pri odraslih pa pridobijo temno sivo barvo z modrikastim odtenkom - posledica odlaganja prašnih delcev, ki vstopajo vanje z zrakom. Pljučno tkivo je mehko, občutljivo in porozno.

Izmenjava pljučnih plinov

V kompleksnem procesu izmenjave plinov ločimo tri glavne faze: zunanje dihanje, prenos plinov s krvjo in notranje ali tkivno dihanje. Zunanje dihanje združuje vse procese, ki se odvijajo v pljučih. Izvaja ga dihalni aparat, ki vključuje prsni koš z mišicami, ki ga poganjajo, diafragmo in pljuča z dihalnimi potmi.

Zrak, ki vstopi v pljuča med vdihavanjem, spremeni svojo sestavo. Zrak v pljučih se odreče nekaj kisika in se obogati z ogljikovim dioksidom. Vsebnost ogljikovega dioksida v venski krvi je večja kot v zraku v alveolih. Zato ogljikov dioksid zapusti kri v alveolah in njegova vsebnost je manjša kot v zraku. Najprej se kisik raztopi v krvni plazmi, nato se veže na hemoglobin in novi deli kisika vstopijo v plazmo.

Prehod kisika in ogljikovega dioksida iz enega medija v drugega nastane zaradi difuzije iz višje koncentracije v nižjo. Čeprav difuzija poteka počasi, je površina stika krvi z zrakom v pljučih tako velika, da popolnoma zagotavlja potrebno izmenjavo plinov. Izračunano je, da lahko do popolne izmenjave plinov med krvjo in alveolarnim zrakom pride v času, ki je trikrat krajši od časa zadrževanja krvi v kapilarah (t.j. telo ima znatne rezerve oskrbe tkiv s kisikom).

Venska kri, ko pride v pljuča, odda ogljikov dioksid, se obogati s kisikom in se spremeni v arterijsko kri. V velikem krogu se ta kri skozi kapilare razliva v vsa tkiva in daje kisik celicam telesa, ki ga nenehno porabljajo. Tu je več ogljikovega dioksida, ki ga sprostijo celice zaradi svoje življenjske dejavnosti kot v krvi, in ta difundira iz tkiv v kri. Tako arterijska kri, ki prehaja skozi kapilare sistemskega obtoka, postane venska in desna polovica srca gre v pljuča, kjer se ponovno nasiči s kisikom in sprošča ogljikov dioksid.

V telesu se dihanje izvaja s pomočjo dodatnih mehanizmov. Tekoči mediji, ki sestavljajo kri (njeno plazmo), imajo nizko topnost plinov v njih. Torej, da bi človek obstajal, bi moral imeti 25-krat močnejše srce, 20-krat močnejša pljuča in v eni minuti prečrpati več kot 100 litrov tekočine (in ne pet litrov krvi). Narava je našla način, kako premagati to težavo s prilagoditvijo posebne snovi, hemoglobina, za prenašanje kisika. Zahvaljujoč hemoglobinu lahko kri veže kisik 70-krat, ogljikov dioksid pa 20-krat več kot tekoči del krvi - njena plazma.

Alveola- tankostenski mehurček s premerom 0,2 mm, napolnjen z zrakom. Stena alveolov je sestavljena iz ene plasti ravnih epitelijskih celic, vzdolž zunanje površine katerih se razveja mreža kapilar. Tako pride do izmenjave plinov skozi zelo tanko pregrado, ki jo tvorita dve plasti celic: stene kapilare in stene alveolov.

Izmenjava plinov v tkivih (tkivno dihanje)

Izmenjava plinov v tkivih poteka v kapilarah po enakem principu kot v pljučih. Kisik iz tkivnih kapilar, kjer je njegova koncentracija visoka, prehaja v tkivno tekočino z nižjo koncentracijo kisika. Iz tkivne tekočine prodre v celice in takoj vstopi v oksidacijske reakcije, zato v celicah praktično ni prostega kisika.

Ogljikov dioksid po enakih zakonitostih prihaja iz celic skozi tkivno tekočino v kapilare. Sproščeni ogljikov dioksid spodbuja disociacijo oksihemoglobina in sam vstopi v kombinacijo s hemoglobinom, pri čemer nastane karboksihemoglobin prenesejo v pljuča in spustijo v ozračje. V venski krvi, ki teče iz organov, je ogljikov dioksid tako v vezanem kot v raztopljenem stanju v obliki ogljikove kisline, ki v kapilarah pljuč zlahka razpade na vodo in ogljikov dioksid. Ogljikova kislina se lahko poveže tudi s plazemskimi solmi in tvori bikarbonate.

V pljučih, kjer vstopi venska kri, kisik ponovno nasiči kri, ogljikov dioksid iz območja visoke koncentracije (pljučne kapilare) preide v območje nizke koncentracije (alveoli). Za normalno izmenjavo plinov se zrak v pljučih nenehno nadomešča, kar se doseže z ritmičnimi napadi vdihavanja in izdiha zaradi gibanja medrebrnih mišic in diafragme.

Prenos kisika v telesu

Pomen dihanja.

dih je niz fizioloških procesov, ki zagotavljajo izmenjavo plinov med telesom in okoljem ( zunanje dihanje), in oksidativnih procesov v celicah, zaradi katerih se sprošča energija ( notranje dihanje). Izmenjava plinov med krvjo in atmosferskim zrakom ( izmenjava plinov) - izvajajo ga dihala.

Hrana je vir energije v telesu. Glavni proces, ki sprošča energijo teh snovi, je proces oksidacije. Spremlja ga vezava kisika in tvorba ogljikovega dioksida. Glede na to, da v človeškem telesu ni zalog kisika, je njegova stalna oskrba nujna. Prenehanje dostopa kisika do celic telesa vodi v njihovo smrt. Po drugi strani pa je treba iz telesa odstraniti ogljikov dioksid, ki nastane v procesu oksidacije snovi, saj je njegovo kopičenje v večjih količinah življenjsko nevarno. Absorpcija kisika iz zraka in sproščanje ogljikovega dioksida poteka skozi dihala.

Biološki pomen dihanja je:

• oskrba telesa s kisikom;
• odstranjevanje ogljikovega dioksida iz telesa;
• oksidacija organskih spojin BJU s sproščanjem energije, potrebne za človekovo življenje;
• odstranitev končnih produktov presnove ( hlapi vode, amoniaka, vodikovega sulfida itd.).