Zašto je ljudima potreban ugljen-dioksid? Gasni sastav vazdušne sredine i njegov uticaj na organizam životinja

Dah- ovo je za nas toliko prirodan proces da, vjerovatno, malo ljudi razmišlja o tome kako dišemo i šta. Razmišljao sam o tome kao dijete, kada mi je disanje bilo poremećeno od prehlade. Onda mi moj začepljen nos jednostavno nije dozvolio da razmišljam ni o čemu drugom.

Ono što svi dišemo

Od školske klupe svi znamo da čovjek diše potreban je kiseonik. To je jedan od najvažnijih elemenata neophodnih za održavanje života na našoj planeti u obliku na koji smo navikli. Kiseonik se ne nalazi samo u vazduhu. Takođe je sastavni dio Zemljine hidrosfere. Upravo zbog te činjenice i voda ima život.

kako hemijski element kiseonik je pronađen Carl Schele daleke 1773.

Činjenice o kiseoniku

Kiseonik nije samo vitalan, već i vrlo radoznao element. Ja ću dati izbor zanimljivosti za koje možda još niste čuli:

Šta se dešava ako udišete čisti kiseonik

Kao što sam rekao gore, kiseonik je unutra čista forma a u visokim koncentracijama je opasan pa čak i otrovan. A šta će se dogoditi s čovjekom ako ga neko vrijeme diše?

Uobičajeno za nas normalan sadržaj kiseonika u vazduhu o 21% . Do trovanja organizma dolazi ako se ovaj sadržaj poveća na 50%. To može dovesti do povećanja koncentracije ugljičnog dioksida u tijelu, konvulzija, kašlja, gubitka vida i na kraju smrti.

Sav život na Zemlji postoji za skup solarna toplota i energija koja dopire do površine naše planete. Sve životinje i ljudi su se prilagodili da izvlače energiju iz sintetizirane u biljkama. organska materija. Da bi se iskoristila energija Sunca sadržana u molekulima organskih tvari, ona se mora osloboditi oksidacijom ovih tvari. Najčešće se kao oksidacijski agens koristi kisik iz zraka, jer čini gotovo četvrtinu volumena okolne atmosfere.

Jednoćelijske protozoe, koelenterati, slobodnoživući pljosnati i okrugli crvi dišu cijeloj površini tijela. Specijalni respiratorni organi - peraste škrge pojavljuju se kod morskih anelida i vodenih artropoda. Dišni organi artropoda su traheje, škrge, pluća u obliku lista nalazi se u udubljenjima poklopca karoserije. Predstavljen je respiratorni sistem lancete škržni prorezi prodire u zid prednjeg crijeva - ždrijelo. Kod riba se ispod škržnih poklopaca nalaze škrge, obilno probijen najmanjim krvnim žilama. Kod kopnenih kralježnjaka, respiratorni organi su pluća. Evolucija disanja u kralježnjaka pratila je put povećanja površine plućnih septa uključenih u izmjenu plinova, poboljšavajući transportni sistemi dopremanje kiseonika do ćelija koje se nalaze unutar tela, i razvoj sistema koji obezbeđuju ventilaciju respiratornog sistema.

Struktura i funkcije respiratornog sistema

Neophodan uslov za vitalnu aktivnost organizma je stalna razmena gasova između organizma i okoline. Organi kroz koje cirkulišu udahnuti i izdahnuti vazduh spojeni su u respiratorni aparat. Dišni sistem čine nosna šupljina, ždrijelo, grkljan, dušnik, bronhi i pluća. Većina njih su dišni putevi i služe za prenos zraka u pluća. Proces izmjene plinova odvija se u plućima. Prilikom disanja tijelo prima kisik iz zraka, koji se krvlju prenosi po cijelom tijelu. Kiseonik je uključen u složene oksidativne procese organskih supstanci, u kojima se oslobađa energija neophodna organizmu. Krajnji produkti razgradnje – ugljični dioksid i djelimično voda – izlučuju se iz organizma u okolinu kroz respiratorni sistem.

Funkcije respiratornog sistema

• Snabdijevanje ćelija organizma kiseonikom O2.
• Uklanjanje iz organizma ugljen-dioksida CO 2, kao i nekih krajnjih produkata metabolizma (vodena para, amonijak, sumporovodik).

nosna šupljina

Dišni putevi počinju u nosna šupljina, koji je kroz nozdrve povezan sa okolinom. Iz nozdrva zrak prolazi kroz nazalne prolaze obložene mukoznim, trepljastim i osjetljivim epitelom. Vanjski nos se sastoji od koštanih i hrskavičnih formacija i ima oblik nepravilne piramide, koja varira ovisno o strukturnim karakteristikama osobe. Sastav koštanog skeleta vanjskog nosa uključuje nosne kosti i nosni dio čeone kosti. Hrskavični skelet je nastavak koštanog skeleta i sastoji se od hijalinske hrskavice. raznih oblika. Nosna šupljina ima donju, gornju i dvije bočnim zidovima. Donji zid čini tvrdo nepce, gornji od etmoidne ploče etmoidne kosti, lateralni od gornje vilice, suzne kosti, orbitalne ploče etmoidne kosti, nepčane kosti i sfenoidne kosti. Nosna šupljina je nosnom pregradom podijeljena na desni i lijevi dio. Nosni septum je formiran od vomera, okomite ploče etmoidne kosti, a sprijeda je nadopunjen četverokutnom hrskavicom nosne pregrade.

Na bočnim zidovima nosne šupljine nalaze se turbinate - po tri sa svake strane, čime se povećava unutrašnja površina nosa s kojom dolazi u kontakt udahnuti zrak.

Nosna šupljina se sastoji od dvije uske i vijugave nosni prolazi. Ovdje se zrak zagrijava, vlaži i oslobađa od čestica prašine i mikroba. Membrana koja oblaže nosne prolaze sastoji se od ćelija koje luče sluz i ćelija trepljastog epitela. Pokretanjem cilija, sluz, zajedno s prašinom i mikrobima, izlazi iz nosnih prolaza.

Unutrašnja površina nosnih prolaza je bogato opskrbljena krvnim sudovima. Udahnuti zrak ulazi u nosnu šupljinu, zagrijava se, vlaži, čisti od prašine i djelomično neutralizira. Iz nosne šupljine ulazi u nazofarinks. Tada zrak iz nosne šupljine ulazi u ždrijelo, a iz njega - u larinks.

Larinks

Larinks- jedan od odjela disajnih puteva. Zrak ovdje ulazi iz nazalnih prolaza kroz ždrijelo. U zidu larinksa nalazi se nekoliko hrskavica: tiroidna, aritenoidna itd. U trenutku gutanja hrane vratni mišići podižu larinks, a epiglotalna hrskavica se spušta i grkljan se zatvara. Dakle, hrana ulazi samo u jednjak, a ne u dušnik.

U užem dijelu larinksa nalaze se glasne žice, u sredini između njih je glotis. Kako zrak prolazi, glasne žice vibriraju, proizvodeći zvuk. Formiranje zvuka nastaje pri izdisaju uz kretanje zraka koje kontrolira osoba. U formiranju govora sudjeluju: nosna šupljina, usne, jezik, meko nepce, mišići lica.

Traheja

Larinks ulazi u dušnik(dušnik), koji ima oblik cijevi duge oko 12 cm, u čijim se zidovima nalaze hrskavičasti poluprstenovi koji ne dozvoljavaju da se slegne. Njegov stražnji zid formira membrana vezivnog tkiva. Trahealna šupljina, kao i šupljina drugih disajnih puteva, obložena je trepljastim epitelom, koji sprečava prodiranje prašine i drugih stranih tijela u pluća. Traheja zauzima srednji položaj, iza nje je uz jednjak, a sa strane su neurovaskularni snopovi. Front cervikalna regija dušnik je prekriven mišićima, a na vrhu je pokriven i štitnom žlijezdom. Torakalni dušnik je sprijeda prekriven drškom sternuma, ostacima timusne žlijezde i krvnih žila. Iznutra je dušnik prekriven sluzokožom koja sadrži veliku količinu limfoidnog tkiva i mukoznih žlijezda. Prilikom disanja male čestice prašine prianjaju na navlaženu sluznicu dušnika, a trepetljike trepetalog epitela ih pomiču nazad do izlaza iz respiratornog trakta.

Donji kraj dušnika dijeli se na dva bronha, koji se zatim mnogo puta granaju, ulaze u desno i lijevo plućno krilo, formirajući "bronhijalno drvo" u plućima.

Bronhi

U torakalnoj šupljini dušnik se dijeli na dva dijela bronhus- lijevo i desno. Svaki bronh ulazi u pluća i tamo se dijeli na bronhije manjeg promjera, koji se granaju u najmanje cijevi koje nose zrak - bronhiole. Kao rezultat daljeg grananja, bronhiole prelaze u nastavke - alveolarne prolaze, na čijim se zidovima nalaze mikroskopske izbočine zvane plućne vezikule, ili alveole.

Zidovi alveola građeni su od posebnog tankog jednoslojnog epitela i gusto su opleteni kapilarima. Ukupna debljina zida alveola i zida kapilare je 0,004 mm. Kroz ovaj najtanji zid dolazi do izmjene plinova: kisik ulazi u krv iz alveola, a ugljični dioksid se vraća nazad. Postoje stotine miliona alveola u plućima. Njihova ukupna površina kod odrasle osobe iznosi 60-150 m 2. zbog toga u krv ulazi dovoljna količina kisika (do 500 litara dnevno).

Pluća

Pluća zauzimaju gotovo cijelu šupljinu grudnog koša i elastični su spužvasti organi. U središnjem dijelu pluća nalaze se kapije u koje ulaze bronh, plućna arterija, nervi, a izlaze plućne vene. Desno plućno krilo je brazdama podijeljeno na tri režnja, lijevo na dva. Izvana su pluća prekrivena tankim vezivnim filmom - plućnom pleurom, koja prelazi u unutrašnja površina zida grudnog koša i formira parijetalnu pleuru. Između ova dva filma nalazi se pleuralni prostor ispunjen tekućinom koja smanjuje trenje tokom disanja.

Na plućima se razlikuju tri površine: vanjska, ili obalna, medijalna, okrenuta prema drugom pluću, i donja, ili dijafragmatična. Osim toga, u svakom pluću se razlikuju dva ruba: prednji i donji, koji odvajaju dijafragmatičnu i medijalnu površinu od kostalne. Stražnje, obalna površina bez oštrog ruba prelazi u medijalnu. Prednja ivica lijevo plućno krilo ima srčani zarez. Njegove kapije se nalaze na medijalnoj površini pluća. Kapije svakog pluća uključuju glavni bronh, plućnu arteriju, koja prenosi vensku krv u pluća, i nerve koji inerviraju pluća. Dvije plućne vene izlaze iz vrata svakog pluća, koje nose arterijsku krv u srce i limfne žile.

Pluća imaju duboke žljebove koji ih dijele na režnjeve - gornji, srednji i donji, au lijeva dva - gornji i donji. Dimenzije pluća nisu iste. Desno plućno krilo je nešto veće od lijevog, dok je kraće i šire, što odgovara višem položaju desne kupole dijafragme zbog desnostranog položaja jetre. Boja normalnih pluća u djetinjstvu je blijedoružičasta, dok kod odraslih dobijaju tamno sivu boju s plavičastom nijansom - posljedica taloženja čestica prašine koje ulaze sa zrakom. Tkivo pluća je meko, delikatno i porozno.

Izmjena plućnih plinova

U složenom procesu izmjene plinova razlikuju se tri glavne faze: vanjsko disanje, prijenos plina krvlju i unutrašnje ili tkivno disanje. Spoljašnje disanje objedinjuje sve procese koji se odvijaju u plućima. Izvodi se aparat za disanje, koji uključuje grudni koš sa mišićima koji ga pokreću, dijafragmu i pluća sa disajnim putevima.

Vazduh koji ulazi u pluća tokom udisanja menja svoj sastav. Zrak u plućima oslobađa dio kisika i obogaćuje se ugljičnim dioksidom. Sadržaj ugljičnog dioksida u venskoj krvi je veći nego u zraku u alveolama. Stoga ugljični dioksid napušta krv u alveolama i njegov sadržaj je manji nego u zraku. Najprije se kisik otapa u krvnoj plazmi, zatim se veže za hemoglobin i novi dijelovi kisika ulaze u plazmu.

Prijelaz kisika i ugljičnog dioksida iz jednog medija u drugi nastaje zbog difuzije iz veće koncentracije u nižu. Iako se difuzija odvija sporo, površina kontakta krvi sa vazduhom u plućima je toliko velika da u potpunosti obezbeđuje potrebnu izmenu gasova. Izračunato je da potpuna izmjena plinova između krvi i alveolarnog zraka može nastupiti u vremenu koje je tri puta kraće od vremena zadržavanja krvi u kapilarama (tj. tijelo ima značajne rezerve opskrbe tkiva kisikom).

Venska krv, jednom u plućima, oslobađa ugljični dioksid, obogaćuje se kisikom i pretvara se u arterijsku krv. U velikom krugu ova krv divergira kroz kapilare do svih tkiva i daje kiseonik ćelijama tela koje ga neprestano troše. Ovdje je više ugljičnog dioksida koje stanice oslobađaju kao rezultat njihove vitalne aktivnosti nego u krvi, a on iz tkiva difundira u krv. Tako arterijska krv, prošavši kroz kapilare sistemske cirkulacije, postaje venska i desna polovina srca odlazi u pluća, gdje se ponovo zasićena kisikom i oslobađa ugljični dioksid.

U tijelu se disanje odvija uz pomoć dodatnih mehanizama. Tečni mediji koji čine krv (njenu plazmu) imaju nisku topljivost plinova u sebi. Dakle, da bi osoba postojala, trebalo bi da ima srce 25 puta moćnije, pluća 20 puta moćnija i da pumpa više od 100 litara tečnosti (a ne pet litara krvi) u jednoj minuti. Priroda je pronašla način da prevaziđe ovu poteškoću prilagođavanjem posebne supstance, hemoglobina, da prenosi kiseonik. Zahvaljujući hemoglobinu, krv je u stanju da veže kiseonik 70 puta, a ugljen-dioksid - 20 puta više od tekućeg dela krvi - njene plazme.

Alveolus- mehur tankih zidova prečnika 0,2 mm ispunjen vazduhom. Zid alveola je formiran od jednog sloja ravnih epitelnih ćelija, duž čije se vanjske površine grana mreža kapilara. Dakle, razmjena plinova se odvija kroz vrlo tanku pregradu koju čine dva sloja ćelija: zidovi kapilara i zidovi alveola.

Izmjena plinova u tkivima (tkivno disanje)

Razmjena plinova u tkivima vrši se u kapilarama po istom principu kao i u plućima. Kiseonik iz kapilara tkiva, gde je njegova koncentracija visoka, prelazi u tkivnu tečnost sa nižom koncentracijom kiseonika. Iz tkivne tečnosti prodire u ćelije i odmah ulazi u oksidacione reakcije, tako da u ćelijama praktično nema slobodnog kiseonika.

Ugljen-dioksid, po istim zakonima, dolazi iz ćelija, kroz tkivnu tečnost, u kapilare. Oslobođeni ugljični dioksid potiče disocijaciju oksihemoglobina i sam ulazi u kombinaciju s hemoglobinom, formirajući karboksihemoglobin transportuje se u pluća i ispušta u atmosferu. U venskoj krvi koja teče iz organa ugljični dioksid je i u vezanom i u otopljenom stanju u obliku ugljične kiseline, koja se lako razlaže na vodu i ugljični dioksid u kapilarama pluća. Ugljena kiselina također može ući u spojeve sa plazma solima, formirajući bikarbonate.

U plućima, gdje ulazi venska krv, kisik ponovo zasićuje krv, a ugljični dioksid iz zone visoke koncentracije (plućne kapilare) prelazi u zonu niske koncentracije (alveole). Za normalnu razmjenu plinova, zrak u plućima se stalno zamjenjuje, što se postiže ritmičnim napadima udisaja i izdisaja, zbog pokreta međurebarnih mišića i dijafragme.

Transport kiseonika u telu

Značenje disanja.

Dah je skup fizioloških procesa koji obezbjeđuju razmjenu plinova između tijela i okoline ( spoljašnje disanje), te oksidativni procesi u stanicama, uslijed kojih se oslobađa energija ( unutrašnje disanje). Izmjena plinova između krvi i atmosferskog zraka ( razmjena gasa) - obavljaju respiratorni organi.

Hrana je izvor energije u tijelu. Glavni proces koji oslobađa energiju ovih supstanci je proces oksidacije. Prati ga vezivanje kisika i stvaranje ugljičnog dioksida. S obzirom da u ljudskom organizmu nema rezervi kiseonika, njegovo kontinuirano snabdevanje je od vitalnog značaja. Prestanak pristupa kiseonika ćelijama tela dovodi do njihove smrti. S druge strane, ugljični dioksid koji nastaje u procesu oksidacije tvari mora se ukloniti iz tijela, jer je nakupljanje značajne količine opasno po život. Apsorpcija kisika iz zraka i oslobađanje ugljičnog dioksida vrši se kroz respiratorni sistem.

Biološki značaj disanja je:

• snabdevanje organizma kiseonikom;
• uklanjanje ugljičnog dioksida iz tijela;
• oksidacija organskih spojeva BJU uz oslobađanje energije potrebne za život osobe;
• uklanjanje krajnjih produkata metabolizma ( vodene pare, amonijak, sumporovodik itd.).

Umjetnost disanja je da izdišete gotovo nikakav ugljični dioksid i gubite ga što je manje moguće. Na primjer, reakcija biosinteze biljaka je apsorpcija ugljičnog dioksida, iskorištavanje ugljika i oslobađanje kisika, a upravo je u to vrijeme na planeti postojala vrlo bujna vegetacija. Ugljični dioksid CO2 stalno se proizvodi u stanicama tijela.

Disanje je izmjena plinova, s jedne strane, između krvi i vanjskog okruženja (spoljno disanje), s druge strane, razmjena plinova između krvi i ćelija tkiva (unutrašnje ili tkivno disanje).

Zašto je ljudima potreban ugljen-dioksid?

Kiseonik je uključen u metabolizam. Stoga prestanak opskrbe kisikom dovodi do odumiranja tkiva i tijela. Glavni dio respiratornog sistema ljudskog tijela su pluća, koja obavljaju glavnu funkciju disanja - razmjenu kisika i ugljičnog dioksida između tijela i vanjskog okruženja. Takva izmjena je moguća zbog kombinacije ventilacije, difuzije plinova kroz alveolarno-kapilarnu membranu i plućne cirkulacije.

Kako je ugljični dioksid raspoređen u Zemljinoj atmosferi?

U procesu vanjskog disanja kisik iz vanjskog okruženja se isporučuje u alveole pluća. Proces vanjskog disanja počinje gornjim dišnim putevima koji pročišćavaju, zagrijavaju i ovlažuju udahnuti zrak. Ventilacija pluća zavisi od respiratorne razmene i brzine disanja. Difuzija kisika se odvija kroz acinus - strukturnu jedinicu pluća, koja se sastoji od respiratornih bronhiola i alveola.

Kiseonik je potreban organizmima za disanje. Nedostatak kiseonika u vazduhu utiče na život živih organizama. Ako se količina kiseonika u vazduhu smanji na 1/3 njegovog dela, tada osoba gubi svest, a kada se smanji na 1/4 prestaje disanje i nastupa smrt.

Duva se u visoke peći kako bi se ubrzalo topljenje metala. Ugljični dioksid nastaje prilikom sagorijevanja (drvo, treset, ugalj, nafta). Mnogo toga se oslobađa u zrak tokom disanja od strane organizama, uključujući ljude. Budući da je teži od zraka, ugljični dioksid se u većim količinama nalazi u nižim slojevima atmosfere, akumulirajući se u depresijama Zemlje (pećine, rudnici, klisure).

Čovjek naširoko koristi ugljični dioksid za karbonat voća i mineralna voda kada se flašira. Ugljični dioksid, kao i kisik, pod jakom kompresijom i niskom temperaturom iz plinovitog stanja prelazi u tekuće i čvrsto stanje. Ugljični dioksid u čvrstom stanju naziva se suhi led. Primjenjuje se u hladne sobe uz čuvanje sladoleda, mesa i drugih proizvoda.

Ugljični dioksid ne podržava sagorijevanje, teži je od zraka, pa se stoga koristi za gašenje požara. Zašto ljudi i drugi živi organizmi ne mogu da žive bez kiseonika? Zašto uvek ima kiseonika u vazduhu? Kako se proizvodi tečni kisik i gdje se koristi?

Odakle dolaze mjehurići (ugljični dioksid) u sodi?

Smjesa se zove zrak. prirodni gasovi— dušik, kisik, argon, ugljični dioksid, voda i vodonik. To je primarni izvor energije za sve organizme i ključ zdravog rasta i dugog života. Zahvaljujući vazduhu u organizmima, odvija se proces metabolizma i razvoja. Osnovne komponente neophodne za rast i život biljaka su kiseonik, ugljični dioksid, vodena para i zemljišni zrak. Kiseonik je neophodan za disanje, a ugljični dioksid za ishranu ugljikom.

Koreni, listovi i stabljike biljaka takođe trebaju ovaj element. Ugljični dioksid ulazi u biljku kroz njene stomate u lisni medij, ulazeći u ćelije. Što je veća koncentracija ugljičnog dioksida, život biljaka postaje bolji. Vazduh takođe igra posebnu ulogu u formiranju mehaničkih tkiva u kopnenim biljkama.

Starost, pol, veličina i fizička aktivnost direktno su povezani sa količinom utrošenog zraka. Životinje su veoma osetljive na nedostatak kiseonika. To dovodi do nakupljanja štetnih toksičnih tvari u tijelu. Kiseonik je neophodan za zasićenje krvi i tkiva živog bića. Stoga se s nedostatkom ovog elementa kod životinja ubrzava disanje, ubrzava protok krvi, smanjuju se oksidativni procesi u tijelu, a životinja postaje nemirna.

Ugljični dioksid nije krivac za globalno zagrijavanje

Vazduh je vitalni faktor za osobu. Raznosi se krvlju po cijelom tijelu, zasićujući svaki organ i svaku ćeliju tijela. U vazduhu se odvija razmena toplote. ljudsko tijelo sa okolinom. Suština ove razmjene je konvekcijsko oslobađanje topline i isparavanje vlage iz njihovih ljudskih pluća. Uz pomoć disanja, osoba zasićuje tijelo energijom. Razlog tome je industrijska i tehnogena aktivnost čovjeka.

Odrasla osoba u mirovanju napravi u prosjeku 14 respiratornih pokreta u minuti, međutim, brzina disanja može podvrgnuti značajnim fluktuacijama (od 10 do 18 u minuti). Odrasla osoba uzima 15-17 udisaja u minuti, a novorođeno dijete 1 udisaj u sekundi. Uobičajeni mirni izdisaj se javlja u velikoj mjeri pasivno, dok unutrašnji interkostalni mišići i neki trbušni mišići aktivno rade.

Razlikovati gornji i donji respiratorni trakt. Simbolični prijelaz gornjeg respiratornog trakta u donji vrši se na raskrsnici probavnog i respiratornog sistema u gornjem dijelu larinksa. Udah i izdisaj se izvode promjenom veličine prsnog koša uz pomoć respiratornih mišića. Tokom jednog udisaja (u mirnom stanju), 400-500 ml vazduha ulazi u pluća. Ova zapremina vazduha se naziva plimna zapremina (TO). Ista količina vazduha ulazi u atmosferu iz pluća tokom tihog izdisaja.

Nakon maksimalnog izdisaja u plućima ostaje oko 1500 ml zraka, što se naziva rezidualni volumen pluća. Disanje je jedna od rijetkih tjelesnih funkcija koja se može kontrolirati svjesno i nesvjesno. Vrste disanja: duboko i plitko, često i rijetko, gornje, srednje (grudno) i donje (trbušno).

Pluća (latinski pulmo, drugi grčki πνεύμων) nalaze se u grudnoj šupljini, okružena kostima i mišićima grudnog koša. osim toga, respiratornog sistema učestvuje u važnim funkcijama kao što su termoregulacija, formiranje glasa, miris, ovlaživanje udahnutog vazduha.

Kada temperatura padne okruženje izmjena plinova kod toplokrvnih životinja (posebno malih) se povećava kao rezultat povećane proizvodnje topline. Kod ljudi, kada se radi na umjerenoj snazi, povećava se nakon 3-6 minuta. nakon što započne, dostiže određeni nivo i onda ostaje na tom nivou za cijelo vrijeme rada. Studije promjena u razmjeni gasova tokom standardnog fizičkog rada koriste se u fiziologiji rada i sporta, u klinici za procjenu funkcionalnog stanja sistema uključenih u izmjenu gasova.

Koja je upotreba kiseonika u industriji? Pokazalo se da ugljični dioksid, do određene granice, doprinosi potpunijoj asimilaciji kisika u tijelu. Ugljični dioksid je također uključen u biosintezu životinjskih proteina, kao što neki naučnici vide mogući uzrok postojanje divovskih životinja i biljaka prije mnogo miliona godina.

Da biste saznali načine nastanka života, prvo morate proučiti znakove i svojstva živih organizama. Znanje hemijski sastav, strukture i raznih procesa koji se odvijaju u tijelu, omogućava razumijevanje porijekla života. Da bismo to učinili, upoznat ćemo se sa karakteristikama formiranja prvih anorganskih tvari u vanjski prostor i nastanak planetarnog sistema.

Atmosfera drevne Zemlje. Prema najnovijim podacima svemirskih naučnika, nebeska tijela su nastala prije 4,5-5 milijardi godina. U prvim fazama formiranja Zemlje, njen sastav uključivao je okside, karbonate, metalne karbide i plinove koji su izbijali iz dubina vulkana. Kao rezultat zbijanja zemljine kore a djelovanjem gravitacijskih sila počelo je oslobađanje velike količine topline. Na povećanje Zemljine temperature uticalo je raspadanje radioaktivnih jedinjenja i ultraljubičasto zračenje Ned. U to vrijeme voda na Zemlji postojala je u obliku pare. AT gornjih slojeva vazduh, vodena para skupljena u oblake, koji su padali na površinu vrelog kamenja u vidu jakih kiša, a zatim se ponovo, isparavajući, dizali u atmosferu. Munje su sijevale na Zemlju, gromovi su tutnjali. Ovo je trajalo dugo vremena. Postepeno su se površinski slojevi Zemlje počeli hladiti. Usljed obilnih kiša formirale su se male akumulacije. Vrući tokovi lave koji su tekli iz vulkana i pepela padali su u primarne rezervoare i kontinuirano mijenjali uslove okoline. Takve kontinuirane promjene u okolišu doprinijele su nastanku reakcija za stvaranje organskih jedinjenja.
Zemljina atmosfera je sadržavala metan, vodonik, amonijak i vodu i prije pojave života (1). Kao rezultat hemijske reakcije kombinacije molekula saharoze nastaju skrob i vlakna, a od aminokiselina nastaju proteini (2,3). Samoregulišući molekuli DNK formirani su od jedinjenja saharoze i azota (4) (slika 9).

Rice. 9. Prije otprilike 3,8 milijardi godina, prvi složene veze

Nije bilo slobodnog kiseonika u Zemljinoj primarnoj atmosferi. Kiseonik se sastajao u obliku jedinjenja gvožđa, aluminijuma, silicijuma i učestvovao u formiranju različitih minerala zemljine kore. Osim toga, kisik je bio prisutan u sastavu vode i nekih plinova (na primjer, ugljični dioksid). Nastaju jedinjenja vodika sa drugim elementima otrovnih gasova na površini zemlje. Ultraljubičasto zračenje Sunca bilo je jedan od neophodnih izvora energije za stvaranje organskih jedinjenja. Metan, amonijak i drugi gasovi su široko rasprostranjeni u Zemljinoj atmosferi (slika 10).

Rice. 10. Početna faza nastanka života na Zemlji. Formiranje složenih organskih jedinjenja u primarnom okeanu

Formiranje organskih jedinjenja abiogenim putem. Poznavanje uslova životne sredine u početnim fazama razvoja Zemlje bilo je od velikog značaja za nauku. Posebno mjesto u ovoj oblasti zauzima rad ruskog naučnika A. I. Oparina (1894-1980). Godine 1924. predložio je mogućnost prenošenja hemijske evolucije u početne faze razvoj zemlje. Teorija AI Oparina zasniva se na postepenom dugoročnom usložnjavanju hemijskih jedinjenja.
Američki naučnici S. Miller i G. Urey su 1953. godine, prema teoriji A. I. Oparina, postavili eksperimente. Prolazeći električno pražnjenje kroz mješavinu metana, amonijaka i vode, dobili su razna organska jedinjenja (urea, mliječna kiselina, razne aminokiseline). Kasnije su takve eksperimente ponovili mnogi naučnici. Dobijeni rezultati eksperimenata dokazali su ispravnost hipoteze A. I. Oparina.
Zahvaljujući zaključcima navedenih eksperimenata, dokazano je da je to rezultat kemijske evolucije iskonska zemlja formirani biološki monomeri.

Formiranje i evolucija biopolimera. Ukupnost i sastav organskih jedinjenja formiranih u različitim vodenim prostorima primitivne Zemlje bili su na različitim nivoima. Eksperimentalno je dokazano stvaranje takvih spojeva na abiogeni način.
Američki naučnik S. Fox je 1957. godine izrazio mišljenje da aminokiseline mogu formirati peptidne veze tako što se međusobno povezuju bez učešća vode. Primetio je da kada se suve mešavine aminokiselina zagreju, a zatim ohlade, njihovi molekuli nalik proteinima formiraju veze. S. Fox je došao do zaključka da su na mjestu nekadašnjih vodenih prostora, pod utjecajem topline iz tokova lave i sunčevog zračenja, nastala nezavisna jedinjenja aminokiselina iz kojih su nastali primarni polipeptidi.

Uloga DNK i RNK u evoluciji života. Glavna razlika nukleinske kiseline od proteina - sposobnost udvostručavanja i razmnožavanja tačne kopije originalnih molekula. Godine 1982. američki naučnik Thomas Check otkrio je enzimsku (katalitičku) aktivnost RNA molekula. Kao rezultat toga, zaključio je da su RNK molekuli prvi polimeri na Zemlji. U poređenju sa RNK, molekuli DNK su stabilniji u procesima raspadanja u slabo alkalnim vodenim rastvorima. A okruženje sa takvim rješenjima bilo je u vodama primarne Zemlje. Trenutno je ovo stanje očuvano samo u sastavu ćelije. Molekuli DNK i proteini su međusobno povezani. Na primjer, proteini štite molekule DNK od štetnih efekata ultraljubičastih zraka. Proteine ​​i molekule DNK ne možemo nazvati živim organizmima, iako imaju neke karakteristike živih tijela, jer nemaju potpuno formirane biološke membrane.

Evolucija i formiranje bioloških membrana. paralelno postojanje proteini i nukleinske kiseline u svemiru su možda otvorile put za nastanak živih organizama. To se može dogoditi samo u prisustvu bioloških membrana. Zahvaljujući biološkim membranama, stvara se veza između okoline i proteina, nukleinskih kiselina. Samo kroz biološke membrane odvija se proces metabolizma i energije. Tokom miliona godina, primarne biološke membrane, postepeno postajući složenije, dodavale su različite proteinske molekule u sastav. Tako su se, postepenim komplikacijama, pojavili prvi živi organizmi (protobioti). Protobioti su postepeno razvijali sisteme samoregulacije i samoreprodukcije. Prvi živi organizmi koji su se prilagodili životu u okruženju bez kisika. Sve ovo odgovara mišljenju AI Oparina. Hipoteza A. I. Oparina u nauci se naziva koacervatna teorija. Ovu teoriju je 1929. godine podržao engleski naučnik D. Haldane. Multimolekularni kompleksi sa tankom vodenom ljuskom izvana nazivaju se koacervati ili koacervatne kapljice. Neki proteini u sastavu koacervata delovali su kao enzimi, a nukleinske kiseline su nasledile sposobnost prenošenja informacija (slika 11).

Rice. 11. Formiranje koacervata - multimolekularnih kompleksa sa vodenom ljuskom

Postepeno su nukleinske kiseline razvile sposobnost umnožavanja. Povezanost kapi koacervata sa okolinom dovela je do prve jednostavne razmene materije i energije na Zemlji.
Dakle, glavne odredbe teorije nastanka života prema A. I. Oparinu su sljedeće:

1. kao rezultat direktnog utjecaja okolišnih faktora, organske tvari su nastale iz neorganskih tvari;
2. formirane organske supstance uticale su na stvaranje složenih organskih jedinjenja (enzima) i slobodnih samoreprodukcionih gena;
3. formirani slobodni geni u kombinaciji s drugim visokomolekularnim organskim supstancama;
4. u makromolekularnim supstancama, proteinsko-lipidne membrane su se postepeno pojavljivale izvana;
5. Kao rezultat ovih procesa, pojavile su se ćelije.

Savremeni pogled na nastanak života na Zemlji se zove
teorija biopoeze (organska jedinjenja nastaju iz živih organizama). Trenutno se naziva biohemijska evolucijska teorija o nastanku života na Zemlji. Ovu teoriju je 1947. godine predložio engleski naučnik D. Bernal. Razlikovao je tri faze biogeneze. Prva faza je pojava bioloških monomera na abiogeni način. Druga faza je formiranje bioloških polimera. Treća faza je nastanak membranskih struktura i prvih organizama (protobionta). Grupisanje složenih organskih spojeva u sastavu koacervata i njihova aktivna međusobna interakcija stvaraju uvjete za formiranje samoregulirajućih protozoa heterotrofnih organizama.
U procesu nastanka života dogodile su se složene evolucijske promjene - formiranje organskih tvari iz neorganska jedinjenja. Prvo su se pojavili kemosintetski organizmi, a zatim postepeno - fotosintetski organizmi. Fotosintetski organizmi su igrali veliku ulogu u pojavi više slobodnog kiseonika u Zemljinoj atmosferi.
Hemijska evolucija i evolucija prvih organizama (protobionta) na Zemlji trajala je do 1-1,5 milijardi godina (Sl. 12).

Rice. 12. Šema prijelaza hemijske evolucije u biološku

Primarna atmosfera. biološka membrana. Coacervat. Protobiont. Teorija biopoeze.

1. Nebeska tijela, uključujući i globus, pojavila su se prije 4,5-5 milijardi godina.
2. Tokom formiranja Zemlje bilo je mnogo vodonika i njegovih spojeva, ali nije bilo slobodnog kiseonika.
3. U početnoj fazi razvoja Zemlje, jedini izvor energije bilo je ultraljubičasto zračenje Sunca.
4. A. I. Oparin je iznio mišljenje da je u početni period na Zemlji se odvija samo hemijska evolucija.
5. Na Zemlji su se prvi put pojavili biološki monomeri iz kojih su se postepeno formirali proteini i nukleinske kiseline (RNA, DNK).
6. Prvi organizmi koji su se pojavili na Zemlji bili su protobioti.
7. Multimolekularni kompleksi okruženi tankom vodenom ljuskom nazivaju se koacervati.
1. Šta je koacervat?
2. Šta znači teorija A. I. Oparina?
3. Koji su otrovni gasovi bili u ranoj atmosferi?
1. Opišite sastav primarne atmosfere.
2. Koju je teoriju o stvaranju aminokiselina na površini Zemlje iznio S. Fox?
3. Kakvu ulogu nukleinske kiseline igraju u evoluciji života?

1. Koja je suština eksperimenata S. Millera i G. Ureya?
2. Na čemu se A.I. Oparin zasnivao u svojim hipotezama?
3. Navedite glavne faze nastanka života.

* Testirajte svoje znanje!
Pitanja za pregled. Poglavlje 1. Nastanak i početne faze razvoja života na Zemlji

1. Nivo organizacije života na kojem se rješavaju globalni problemi.
2. Individualni razvoj pojedinačnih organizama.
3. Održivost unutrašnje okruženje organizam.
4. Teorija o nastanku života kroz hemijsku evoluciju neorganskih supstanci.
5. Istorijski razvoj organizmi.
6. Nivo organizacije života, koji se sastoji od ćelija i međućelijskih supstanci.
7. Svojstvo živih organizama da reprodukuju svoju vrstu.
8. Životni standard koji karakteriše jedinstvo zajednice živih organizama i životne sredine.
9. Životni standard koji karakteriše prisustvo nukleinskih kiselina i drugih jedinjenja.
10. Svojstvo promjene vitalne aktivnosti živih organizama prema godišnjim ciklusima.
11. Pogled na uvođenje života sa drugih planeta.
12. Nivo organizacije života, predstavljen strukturalnim i funkcionalna jedinica svih živih organizama na zemlji.
13. Svojstvo bliske povezanosti živih organizama sa okolinom.
14. Teorija koja povezuje nastanak života s djelovanjem "životnih sila".
15. Svojstvo živih organizama da prenose osobine na svoje potomstvo.
16. Naučnik koji je uz pomoć jednostavnog iskustva dokazao netačnost teorije o spontanom nastanku života.
17. Ruski naučnik koji je predložio teoriju nastanka života na abiogeni način.
18. Gas neophodan za život, koji je bio odsutan u sastavu primarne atmosfere.
19. Naučnik koji je izrazio mišljenje o stvaranju peptidne veze spajanjem aminokiselina bez sudjelovanja vode.
20. Prvi živi organizmi sa biološkom membranom.
21. Kompleksi visoke molekularne težine okruženi tankom vodenom ljuskom.
22. Naučnik koji je prvi definisao pojam života.
23. Svojstvo živih organizama da reaguju na različite uticaje faktora sredine.
24. Svojstvo promjene znakova nasljednosti živih organizama pod utjecajem razni faktori okruženje.
25. Nivo organizacije života na kojem su uočljive prve jednostavne evolucijske promjene.

Atmosferski zrak je fizička mješavina dušika, kisika, ugljičnog dioksida (ugljični dioksid), argona i drugih inertnih plinova. Na suvom atmosferski vazduh sadrži: kiseonik - 20,95%, azot - 78,09%, ugljen dioksid - 0,03%. U ne velike količine Zastupljeni su argon, helijum, neon, kripton, vodonik, ksenon itd. Pored konstantnog sastavni dijelovi, u vazduhu se nalaze neke nečistoće prirodnog porekla, kao i zagađenja unesena u atmosferu usled ljudske proizvodne delatnosti.

Komponente vazdušno okruženje različito utiču na životinje.

Nitrogen je najveći sastavni dio atmosferski vazduh, spada u inertne gasove, ne podržava disanje i sagorevanje. U prirodi postoji kontinuirani proces kruženja azota, usled čega se atmosferski azot pretvara u organska jedinjenja, a kada se razgrađuju, obnavlja se i ponovo ulazi u atmosferu i ponovo se vezuje za biološke objekte. Dušik je izvor ishrane za biljke.

Atmosferski dušik je, osim toga, razrjeđivač kisika, udisanje čistog kisika dovodi do nepovratnih promjena u tijelu.

Kiseonik- najvažniji gas za život, jer je neophodan za disanje. Jednom u plućima, kisik se apsorbira u krvi i njome se prenosi po cijelom tijelu – ulazi u sve njegove stanice i tamo se troši na oksidaciju. hranljive materije stvarajući ugljični dioksid i vodu. Svi hemijski procesi u životinjskom tijelu povezani su s formiranjem razne supstance, uz rad mišića i organa, uz oslobađanje toplote, nastaju samo u prisustvu kiseonika.

Kisik u svom čistom obliku ima toksični učinak, koji je povezan s oksidacijom enzima.

Životinje u proseku troše sledeću količinu kiseonika (ml/kg težine): konj u mirovanju - 253, dok radi - 1780, krava - 328, ovca - 343, svinja - 392, kokoška - 980. Količina utrošenog kiseonika zavisi i od starosti, pola i fiziološkog stanja organizma. Sadržaj kisika u zraku zatvorenih prostorija za životinje sa nedovoljnom izmjenom zraka - ventilacijom može se smanjiti, što, uz produženo izlaganje, utiče na njihovo zdravlje i produktivnost. Ptice su najosjetljivije na ovo.

Ugljen-dioksid(ugljični dioksid, CO 2) igra važnu ulogu u životu životinja i ljudi, jer je fiziološki uzročnik respiratornog centra. Smanjenje koncentracije ugljičnog dioksida u udahnutom zraku ne predstavlja značajnu opasnost za tijelo, jer potreban nivo parcijalni pritisak ovog gasa u krvi obezbeđuje se regulacijom acido-bazne ravnoteže. Povećan sadržaj ugljičnog dioksida u atmosferskom zraku negativno djeluje na organizam životinja. Udisanjem visokih koncentracija ugljičnog dioksida u tijelu dolazi do poremećaja redoks procesa, ugljični dioksid se nakuplja u krvi, što dovodi do ekscitacije respiratornog centra. Istovremeno, disanje postaje sve češće i dublje. Kod ptica nakupljanje ugljičnog dioksida u krvi ne ubrzava disanje, već uzrokuje njegovo usporavanje, pa čak i zaustavljanje. Stoga se u prostorijama za ptice osigurava stalna opskrba vanjskim zrakom u mnogo većim količinama (po 1 kg težine) nego za sisare.

Higijenski gledano, ugljen dioksid jeste važan indikator, po kojem se ocjenjuje stepen čistoće zraka - efikasnost ventilacije. Ako ventilacija ne radi dobro u stočnim objektima, ugljični dioksid se akumulira u značajnim količinama, jer ga u izdahnutom zraku sadrži do 4,2%. Mnogo ugljičnog dioksida ulazi u zrak prostorije ako se zagrijava plinski gorionici. Stoga bi u takvim prostorijama ventilacijske strukture trebale biti snažnije.

Maksimalna dozvoljena količina ugljičnog dioksida u zraku objekti za stoku ne bi trebalo da prelazi 0,25% za životinje i 0,1-0,2% za ptice.

Ugljen monoksid(ugljen monoksid) - nema u atmosferskom vazduhu. Međutim, pri radu u stočarskim objektima za opremu – traktore, hranilice, generatore toplote itd., ispušta se sa izduvnim gasovima. Oslobađanje ugljičnog monoksida također se opaža tokom rada plinskih gorionika.

Ugljen monoksid- jak otrov za životinje i ljude: u kombinaciji sa hemoglobinom u krvi, lišava ga sposobnosti da prenosi kiseonik iz pluća u tkiva. Kada se ovaj plin udahne, životinje umiru od gušenja zbog akutnog nedostatka kisika. Toksičan učinak počinje se manifestirati već akumulacijom 0,4% ugljičnog monoksida. Da bi se spriječilo takvo trovanje, prostorije u kojima rade motori treba dobro prozračiti. unutrašnjim sagorevanjem, vršiti rutinsko održavanje generatora toplote i drugih mehanizama koji emituju ugljen monoksid.

Kada se životinje otruju ugljen monoksid Prije svega, moraju se ukloniti iz prostorija u Svježi zrak. Maksimalna dozvoljena koncentracija ovog gasa je 2 mg/m3.

Amonijak(NH 3) je bezbojni plin oštrog mirisa. Rijetko se nalazi u atmosferskom zraku iu malim koncentracijama. U stočarskim objektima amonijak nastaje tokom razgradnje urina, stajnjaka, posteljine. Posebno se akumulira u prostorijama gdje je slaba ventilacija, čistoća poda se ne održava, životinje se drže bez posteljine ili se ona mijenja van vremena, kao i u skladištima stajnjaka, jamama za kašu šećerana. Mnogo amonijaka stvara se u svinjcima, teladima, peradarnicima (posebno kada se živina drži na podu), ako je u tim prostorijama koncentriran veliki broj životinja. Iznad mjesta nakupljanja gnojnice, koncentracija amonijaka doseže 35 mg / m 3 ili više. Zbog toga je pri radu na pumpanju tečnog stajnjaka, čišćenju zatvorenih kanala za stajnjak moguće pustiti ljude da rade tek nakon temeljne ventilacije ovog prostora.

U starim i hladnim prostorijama, dosta amonijaka se nakuplja na površini opreme, u mokroj posteljini, jer se bolje rastvara u hladnom, vlažnom okruženju. Kako temperatura raste i pada atmosferski pritisak Amonijak se vraća nazad u zrak prostorije.

Stalno udisanje vazduha čak i sa malom primesom amonijaka (10 mg/m3) negativno utiče na zdravlje životinja. Amonijak, otapajući se na sluznicama gornjih dišnih puteva, očiju, iritira ih, osim toga, refleksno smanjuje dubinu disanja, a time i ventilaciju pluća. Zbog toga se kod životinja javlja kašalj, suzenje, bronhitis, plućni edem itd. Kod upalnih procesa respiratornog trakta smanjuje se i sposobnost sluznice da se odupre prodiranju mikroorganizama kroz njih, uključujući i patogene. Pri visokim koncentracijama amonijaka dolazi do respiratorne paralize, životinja umire.

U krvi se amonijak spaja sa hemoglobinom i pretvara ga u alkalni hematin, koji nije u stanju da apsorbuje kiseonik tokom disanja, odnosno dolazi do gladovanja kiseonikom. Jak stepen trovanja karakteriziraju nesvjestica, konvulzije. Amonijak sa vlagom stvara agresivno okruženje, koje mašine, mehanizme i zgrade čini neupotrebljivim.

Maksimalna dozvoljena koncentracija ovog plina je 20 mg / m 3, za mlade životinje i perad - 5-10 mg / m 3.

Mora se imati na umu da amonijak ima negativan učinak ne samo na životinje, već i na osoblje. Stoga, radi zaštite zdravlja radnika u prostorijama, kao i stvaranja normalnih uslova za životinje, zgrade treba opremiti efikasna ventilacija. Velika važnost ima ispravan i neprekidan sistem za uklanjanje stajnjaka. Sadržaj amonijaka se može smanjiti raspršivanjem mljevenog superfosfata na podlogu u količini od 250 - 300 g/m 2, korištenjem kondicionirane tresetne podloge, a za brzo smanjenje koncentracije ovog plina može se koristiti formaldehidni aerosol, anti- premaz od korozije se koristi za zaštitu mašina i mehanizama.

hidrogen sulfid(H 2 S) u slobodnoj atmosferi je odsutan ili je sadržan u malim količinama. Izvor akumulacije sumporovodika u zraku stočnih objekata je propadanje organskih tvari koje sadrže sumpor i crijevne izlučevine životinja, posebno pri korištenju hrane bogate proteinima ili kod probavnih smetnji. Vodonik sulfid može ući u unutrašnji zrak iz sakupljača gnojiva i kanala za stajnjak.

Udisanje ovog gasa u malim količinama (10 mg/m 3) izaziva upalu sluzokože, gladovanje kiseonikom, au visokim koncentracijama - paralizu respiratornog centra i centra koji kontroliše kontrakciju krvnih sudova. Apsorbirajući se u krv, sumporovodik blokira aktivnost enzima koji osiguravaju proces disanja. Gvožđe u krvnom hemoglobinu se veže sa vodonik sulfidom za gvožđe sulfid, pa hemoglobin ne može da učestvuje u vezivanju i transportu kiseonika. U sluznicama stvara natrijum sulfid koji izaziva upalu.

Sadržaj sumporovodika u udahnutom zraku preko 10 mg/m 3 može uzrokovati brzu smrt životinje i čovjeka, a dugotrajno izlaganje njegovim beznačajnim nečistoćama može dovesti do kroničnog trovanja koje se manifestuje opštom slabošću, probavnim smetnjama, upalom respiratornog trakta i smanjenje produktivnosti. Kod osoba sa hroničnim trovanjem vodonik sulfidom javlja se slabost, mršavljenje, znojenje, glavobolja, srčani poremećaji, katar dišnih puteva, gastroenteritis.

Dozvoljena koncentracija sumporovodika u vazduhu u zatvorenom prostoru - 5 - 10 mg / m 3. Miris sumporovodika se osjeća već pri koncentracijama od 1,4 mg/m 3 , jasno izražen pri 3,3 mg/m 3 , značajan - pri 4 mg/m 3 , bolan - pri 7 mg/m 3 .

Da bi se spriječilo stvaranje sumporovodika u prostorijama, potrebno je pratiti dobro stanje kanalizacijskih objekata, koristiti kvalitetnu stelju koja apsorbira plin, održavati odgovarajuću higijensku i veterinarsko-sanitarnu kulturu na farmama i kompleksima, te osigurati pravovremeno uklanjanje otpadnih voda. stajnjak.

Učinak drugih plinova koji se nalaze u prostorijama za životinje (indol, skatol, merkaptan, itd.) je još uvijek slabo shvaćen.