Por que as pessoas precisam de dióxido de carbono? A composição gasosa do ar ambiente e seu efeito sobre o organismo dos animais

Respiração- este é um processo tão natural para nós que, provavelmente, poucas pessoas pensam em como respiramos e o quê. Eu pensava nisso quando criança, quando minha respiração era perturbada por um resfriado. Então meu nariz entupido não me deixou pensar em mais nada.

O que todos nós respiramos

Desde o banco da escola, todos sabemos que para uma pessoa respirar precisa de oxigênio. É um dos elementos mais importantes necessários para manter a vida em nosso planeta na forma que estamos acostumados. O oxigênio é encontrado não apenas no ar. É também um componente constituinte da hidrosfera da Terra. É por isso que a água também tem vida.

Como as Elemento químico O oxigênio foi encontrado Carlos Schele caminho de volta em 1773.

Curiosidades sobre o oxigênio

O oxigênio não é apenas vital, mas também um elemento muito curioso. vou dar uma seleção fatos interessantes que talvez você ainda não tenha ouvido falar:

O que acontece se você respirar oxigênio puro

Como eu disse acima, o oxigênio forma pura e em altas concentrações é perigoso e até venenoso. E o que acontecerá com uma pessoa se ela respirar por algum tempo?

Habitual para nós teor normal de oxigênio no ar cerca de 21% . O envenenamento do corpo ocorre se esse conteúdo subir para 50%. Isso pode levar a um aumento na concentração de dióxido de carbono no corpo, convulsões, tosse, perda de visão e, finalmente, morte.

Toda a vida na Terra existe por um conjunto calor solar e energia que chegam à superfície do nosso planeta. Todos os animais e humanos se adaptaram para extrair energia sintetizada pelas plantas. matéria orgânica. Para usar a energia do Sol contida nas moléculas de substâncias orgânicas, ela deve ser liberada pela oxidação dessas substâncias. Na maioria das vezes, o oxigênio do ar é usado como agente oxidante, pois representa quase um quarto do volume da atmosfera circundante.

Protozoários unicelulares, celenterados, vermes planos e redondos de vida livre respiram toda a superfície do corpo. Órgãos respiratórios especiais - brânquias pinadas aparecem em anelídeos marinhos e artrópodes aquáticos. Os órgãos respiratórios dos artrópodes são traqueias, brânquias, pulmões em forma de folha localizado nas reentrâncias da tampa do corpo. O sistema respiratório da lanceta é representado fendas branquiais penetrando na parede do intestino anterior - a faringe. Nos peixes, sob as tampas branquiais estão localizadas brânquias, abundantemente penetrado pelos menores vasos sanguíneos. Nos vertebrados terrestres, os órgãos respiratórios são pulmões. A evolução da respiração nos vertebrados seguiu o caminho do aumento da área dos septos pulmonares envolvidos nas trocas gasosas, melhorando sistemas de transporte entrega de oxigênio para as células localizadas dentro do corpo e o desenvolvimento de sistemas que fornecem ventilação do sistema respiratório.

A estrutura e as funções do sistema respiratório

Uma condição necessária para a vida de um organismo é uma constante troca gasosa entre o organismo e o ambiente. Os órgãos pelos quais o ar inalado e exalado circulam são combinados em um aparelho respiratório. O sistema respiratório é formado pela cavidade nasal, faringe, laringe, traqueia, brônquios e pulmões. A maioria deles são vias aéreas e servem para transportar o ar para os pulmões. O processo de troca gasosa ocorre nos pulmões. Ao respirar, o corpo recebe oxigênio do ar, que é transportado pelo sangue por todo o corpo. O oxigênio está envolvido em processos oxidativos complexos de substâncias orgânicas, nos quais é liberada a energia necessária para o corpo. Os produtos finais da decomposição - dióxido de carbono e parcialmente água - são excretados do corpo para o meio ambiente através do sistema respiratório.

Funções do sistema respiratório

• Fornecer às células do corpo oxigênio O 2.
• Remoção do corpo de dióxido de carbono CO 2, bem como alguns produtos finais do metabolismo (vapor de água, amônia, sulfeto de hidrogênio).

cavidade nasal

As vias aéreas começam em cavidade nasal, que através das narinas está ligado ao meio ambiente. Das narinas, o ar passa pelas vias nasais revestidas por epitélio mucoso, ciliado e sensível. O nariz externo consiste em formações ósseas e cartilaginosas e tem a forma de uma pirâmide irregular, que varia de acordo com as características estruturais de uma pessoa. A composição do esqueleto ósseo do nariz externo inclui os ossos nasais e a parte nasal do osso frontal. O esqueleto cartilaginoso é uma continuação do esqueleto ósseo e consiste em cartilagem hialina. várias formas. A cavidade nasal tem um inferior, um superior e dois paredes laterais. A parede inferior é formada pelo palato duro, a superior pela lâmina etmoidal do osso etmoidal, a lateral pela mandíbula superior, o osso lacrimal, a lâmina orbital do osso etmoidal, o osso palatino e o osso esfenóide. A cavidade nasal é dividida em partes direita e esquerda pelo septo nasal. O septo nasal é formado por um vômer, uma lâmina perpendicular do osso etmoidal, e é complementado anteriormente por uma cartilagem quadrangular do septo nasal.

Nas paredes laterais da cavidade nasal existem cornetos - três de cada lado, o que aumenta a superfície interna do nariz, com a qual o ar inspirado entra em contato.

A cavidade nasal é formada por duas estreitas e sinuosas passagens nasais. Aqui o ar é aquecido, umidificado e livre de partículas de poeira e micróbios. A membrana que reveste as passagens nasais consiste em células que secretam muco e células do epitélio ciliado. Com o movimento dos cílios, o muco, juntamente com poeira e micróbios, é enviado para fora das passagens nasais.

A superfície interna das passagens nasais é ricamente suprida por vasos sanguíneos. O ar inalado entra na cavidade nasal, é aquecido, umedecido, limpo de poeira e parcialmente neutralizado. Da cavidade nasal, entra na nasofaringe. Então o ar da cavidade nasal entra na faringe e dela - na laringe.

Laringe

Laringe- uma das divisões das vias aéreas. O ar entra aqui das passagens nasais através da faringe. Existem várias cartilagens na parede da laringe: tireóide, aritenóide, etc. No momento da deglutição, os músculos do pescoço elevam a laringe, e a cartilagem epiglótica desce e a laringe se fecha. Portanto, o alimento só entra no esôfago e não entra na traqueia.

Na parte estreita da laringe estão localizados cordas vocais, no meio entre eles está a glote. À medida que o ar passa, as cordas vocais vibram, produzindo som. A formação do som ocorre na expiração com o movimento do ar controlado por uma pessoa. Os seguintes estão envolvidos na formação da fala: a cavidade nasal, lábios, língua, palato mole, músculos faciais.

Traquéia

A laringe entra traquéia(traqueia), que tem a forma de um tubo com cerca de 12 cm de comprimento, em cujas paredes existem semi-anéis cartilaginosos que não permitem que ela afunde. Sua parede posterior é formada por uma membrana de tecido conjuntivo. A cavidade traqueal, como a cavidade de outras vias aéreas, é revestida por epitélio ciliado, o que impede que poeira e outros corpos estranhos penetrem nos pulmões. A traqueia ocupa uma posição média, atrás dela é adjacente ao esôfago e nas laterais há feixes neurovasculares. frente região cervical a traqueia é coberta por músculos e, na parte superior, também é coberta pela glândula tireóide. A traqueia torácica é coberta na frente pelo cabo do esterno, os restos da glândula timo e vasos. Por dentro, a traqueia é coberta por uma membrana mucosa contendo uma grande quantidade de tecido linfóide e glândulas mucosas. Ao respirar, pequenas partículas de poeira aderem à membrana mucosa umedecida da traqueia, e os cílios do epitélio ciliado os movem de volta para a saída do trato respiratório.

A extremidade inferior da traqueia se divide em dois brônquios, que então se ramificam muitas vezes, entram nos pulmões direito e esquerdo, formando uma "árvore brônquica" nos pulmões.

Brônquios

Na cavidade torácica, a traqueia se divide em duas brônquio- esquerda e direita. Cada brônquio entra no pulmão e lá se divide em brônquios de menor diâmetro, que se ramificam nos menores tubos portadores de ar - bronquíolos. Como resultado de ramificações adicionais, os bronquíolos passam para extensões - passagens alveolares, nas paredes das quais existem saliências microscópicas chamadas vesículas pulmonares, ou alvéolos.

As paredes dos alvéolos são construídas a partir de um epitélio fino especial de camada única e são densamente trançadas com capilares. A espessura total da parede dos alvéolos e da parede do capilar é de 0,004 mm. Através dessa parede mais fina, ocorre a troca gasosa: o oxigênio entra no sangue dos alvéolos e o dióxido de carbono volta. Existem centenas de milhões de alvéolos nos pulmões. Sua superfície total em um adulto é de 60 a 150 m 2. devido a isso, uma quantidade suficiente de oxigênio entra no sangue (até 500 litros por dia).

Pulmões

Pulmões ocupam quase toda a cavidade torácica e são órgãos esponjosos elásticos. Na parte central do pulmão existem portões, por onde entram os brônquios, artéria pulmonar, nervos e saem as veias pulmonares. O pulmão direito é dividido por sulcos em três lobos, o esquerdo em dois. Do lado de fora, os pulmões são cobertos por uma fina película de tecido conjuntivo - a pleura pulmonar, que passa para superfície interior parede da cavidade torácica e forma a pleura parietal. Entre esses dois filmes há um espaço pleural preenchido com líquido que reduz o atrito durante a respiração.

Três superfícies são distinguidas no pulmão: a externa, ou costal, medial, voltada para o outro pulmão, e a inferior, ou diafragmática. Além disso, duas bordas são distinguidas em cada pulmão: anterior e inferior, separando as superfícies diafragmática e medial da costal. Posteriormente, a face costal sem borda afiada passa para a medial. Borda frontal o pulmão esquerdo tem uma incisura cardíaca. Seus portões estão localizados na superfície medial do pulmão. As portas de cada pulmão incluem o brônquio principal, a artéria pulmonar, que transporta sangue venoso para o pulmão, e os nervos que inervam o pulmão. Duas veias pulmonares saem dos portões de cada pulmão, que transportam sangue arterial para o coração e vasos linfáticos.

Os pulmões têm sulcos profundos dividindo-os em lobos - superior, médio e inferior, e nos dois esquerdos - superior e inferior. As dimensões do pulmão não são as mesmas. O pulmão direito é um pouco maior que o esquerdo, enquanto é mais curto e largo, o que corresponde a uma posição mais alta da cúpula direita do diafragma devido à localização do lado direito do fígado. A cor dos pulmões normais na infância é rosa pálido, enquanto nos adultos eles adquirem uma cor cinza escuro com um tom azulado - consequência da deposição de partículas de poeira que entram com o ar. O tecido pulmonar é macio, delicado e poroso.

Troca de gases pulmonares

No complexo processo de troca gasosa, distinguem-se três fases principais: respiração externa, transferência de gás pelo sangue e respiração interna ou tecidual. A respiração externa une todos os processos que ocorrem no pulmão. É realizado aparelho de respiração, que inclui o tórax com os músculos que o põem em movimento, o diafragma e os pulmões com as vias aéreas.

O ar que entra nos pulmões durante a inalação altera sua composição. O ar nos pulmões libera parte do oxigênio e é enriquecido com dióxido de carbono. O conteúdo de dióxido de carbono no sangue venoso é maior do que no ar nos alvéolos. Portanto, o dióxido de carbono deixa o sangue nos alvéolos e seu conteúdo é menor do que no ar. Primeiro, o oxigênio se dissolve no plasma sanguíneo, depois se liga à hemoglobina e novas porções de oxigênio entram no plasma.

A transição de oxigênio e dióxido de carbono de um meio para outro ocorre devido à difusão de uma concentração mais alta para uma mais baixa. Embora a difusão prossiga lentamente, a superfície de contato do sangue com o ar nos pulmões é tão grande que fornece completamente as trocas gasosas necessárias. Calculou-se que a troca gasosa completa entre o sangue e o ar alveolar pode ocorrer em um tempo três vezes menor que o tempo de permanência do sangue nos capilares (ou seja, o corpo possui reservas significativas de suprimento de oxigênio aos tecidos).

O sangue venoso, uma vez nos pulmões, libera dióxido de carbono, é enriquecido com oxigênio e se transforma em sangue arterial. Em um grande círculo, esse sangue diverge pelos capilares para todos os tecidos e fornece oxigênio às células do corpo, que o consomem constantemente. Há mais dióxido de carbono liberado pelas células como resultado de sua atividade vital aqui do que no sangue, e ele se difunde dos tecidos para o sangue. Assim, o sangue arterial, tendo passado pelos capilares da circulação sistêmica, torna-se venoso e a metade direita do coração vai para os pulmões, onde novamente é saturado com oxigênio e libera dióxido de carbono.

No corpo, a respiração é realizada com a ajuda de mecanismos adicionais. Os meios líquidos que compõem o sangue (seu plasma) têm uma baixa solubilidade de gases neles. Portanto, para que uma pessoa existisse, ela precisaria ter um coração 25 vezes mais potente, pulmões 20 vezes mais potentes e bombear mais de 100 litros de líquido (e não cinco litros de sangue) em um minuto. A natureza encontrou uma maneira de superar essa dificuldade adaptando uma substância especial, a hemoglobina, para transportar oxigênio. Graças à hemoglobina, o sangue é capaz de ligar o oxigênio 70 vezes e o dióxido de carbono - 20 vezes mais que a parte líquida do sangue - seu plasma.

Alvéolo- uma bolha de paredes finas com um diâmetro de 0,2 mm cheia de ar. A parede dos alvéolos é formada por uma única camada de células epiteliais planas, ao longo da superfície externa da qual uma rede de capilares se ramifica. Assim, as trocas gasosas ocorrem através de uma divisória muito fina formada por duas camadas de células: as paredes dos capilares e as paredes dos alvéolos.

Troca gasosa nos tecidos (respiração tecidual)

A troca de gases nos tecidos é realizada nos capilares de acordo com o mesmo princípio dos pulmões. O oxigênio dos capilares teciduais, onde sua concentração é alta, passa para o fluido tecidual com menor concentração de oxigênio. Do fluido tecidual, ele penetra nas células e imediatamente entra em reações de oxidação, de modo que praticamente não há oxigênio livre nas células.

O dióxido de carbono, de acordo com as mesmas leis, vem das células, através do fluido tecidual, para os capilares. O dióxido de carbono liberado promove a dissociação da oxiemoglobina e entra em combinação com a hemoglobina, formando carboxihemoglobina transportados para os pulmões e liberados na atmosfera. No sangue venoso que flui dos órgãos, o dióxido de carbono está ligado e dissolvido na forma de ácido carbônico, que se decompõe facilmente em água e dióxido de carbono nos capilares dos pulmões. Ácido carbónico também pode entrar em compostos com sais de plasma, formando bicarbonatos.

Nos pulmões, onde o sangue venoso entra, o oxigênio satura o sangue novamente e o dióxido de carbono da zona de alta concentração (capilares pulmonares) passa para a zona de baixa concentração (alvéolos). Para a troca gasosa normal, o ar nos pulmões é constantemente substituído, o que é conseguido por ataques rítmicos de inspiração e expiração, devido aos movimentos dos músculos intercostais e do diafragma.

Transporte de oxigênio no organismo

O significado da respiração.

Respiraçãoé um conjunto de processos fisiológicos que proporcionam as trocas gasosas entre o corpo e o meio ambiente. respiração externa) e processos oxidativos nas células, como resultado da liberação de energia ( respiração interna). Troca de gases entre o sangue e o ar atmosférico ( troca gasosa) - realizado pelos órgãos respiratórios.

A alimentação é a fonte de energia do corpo. O principal processo que libera a energia dessas substâncias é o processo de oxidação. É acompanhado pela ligação de oxigênio e a formação de dióxido de carbono. Considerando que não há reservas de oxigênio no corpo humano, seu fornecimento contínuo é vital. A cessação do acesso de oxigênio às células do corpo leva à sua morte. Por outro lado, o dióxido de carbono formado no processo de oxidação de substâncias deve ser removido do corpo, pois o acúmulo de uma quantidade significativa dele é fatal. A absorção de oxigênio do ar e a liberação de dióxido de carbono são realizadas através do sistema respiratório.

O significado biológico da respiração é:

• fornecer oxigênio ao corpo;
• remoção de dióxido de carbono do corpo;
• oxidação de compostos orgânicos de BJU com liberação de energia necessária para uma pessoa viver;
• remoção de produtos finais do metabolismo ( vapores de água, amônia, sulfeto de hidrogênio, etc.).

A arte de respirar é exalar quase nenhum dióxido de carbono e perdê-lo o mínimo possível. Como exemplo, a reação da biossíntese vegetal é a absorção de dióxido de carbono, a utilização de carbono e a liberação de oxigênio, e era nessa época que existia uma vegetação muito exuberante no planeta. O dióxido de carbono CO2 é constantemente produzido nas células do corpo.

A respiração é a troca de gases, por um lado, entre o sangue e o meio externo (respiração externa), por outro lado, a troca de gases entre o sangue e as células teciduais (respiração interna ou tecidual).

Por que as pessoas precisam de dióxido de carbono?

O oxigênio está envolvido no metabolismo. Portanto, a cessação do suprimento de oxigênio leva à morte dos tecidos e do corpo. A parte principal do sistema respiratório do corpo humano são os pulmões, que desempenham a principal função da respiração - a troca de oxigênio e dióxido de carbono entre o corpo e o ambiente externo. Tal troca é possível devido a uma combinação de ventilação, difusão de gases através da membrana alvéolo-capilar e circulação pulmonar.

Como o dióxido de carbono é distribuído na atmosfera da Terra?

No processo de respiração externa, o oxigênio do ambiente externo é entregue aos alvéolos dos pulmões. O processo de respiração externa começa com o trato respiratório superior, que purifica, aquece e umedece o ar inspirado. A ventilação pulmonar depende das trocas respiratórias e da frequência respiratória. A difusão do oxigênio é realizada através do ácino - unidade estrutural do pulmão, que consiste nos bronquíolos respiratórios e alvéolos.

O oxigênio é necessário pelos organismos para a respiração. A falta de oxigênio no ar afeta a vida dos organismos vivos. Se a quantidade de oxigênio no ar diminui para 1/3 de sua parte, a pessoa perde a consciência e, quando diminui para 1/4, a respiração para e ocorre a morte.

É soprado em altos-fornos para acelerar a fundição de metais. O dióxido de carbono é formado durante a combustão (madeira, turfa, carvão, óleo). Muito disso é liberado no ar durante a respiração por organismos, incluindo humanos. Sendo mais pesado que o ar, o dióxido de carbono é encontrado em maior quantidade nas camadas mais baixas da atmosfera, acumulando-se nas depressões da Terra (grutas, minas, desfiladeiros).

O homem usa amplamente o dióxido de carbono para carbonatar frutas e água mineral quando engarrafado. O dióxido de carbono, como o oxigênio, sob forte compressão e baixa temperatura de um estado gasoso passa para um estado líquido e sólido. O dióxido de carbono no estado sólido é chamado de gelo seco. É aplicado em câmaras frias preservando sorvetes, carnes e outros produtos.

O dióxido de carbono não suporta a combustão, é mais pesado que o ar e, portanto, é usado para extinguir incêndios. Por que as pessoas e outros organismos vivos não podem viver sem oxigênio? Por que há sempre oxigênio no ar? Como o oxigênio líquido é produzido e onde é usado?

De onde vêm as bolhas (dióxido de carbono) no refrigerante?

A mistura é chamada de ar. gases naturais— nitrogênio, oxigênio, argônio, dióxido de carbono, água e hidrogênio. É a principal fonte de energia para todos os organismos e a chave para um crescimento saudável e uma vida longa. Graças ao ar nos organismos, ocorre o processo de metabolismo e desenvolvimento. Os componentes fundamentais necessários para o crescimento e vida das plantas são oxigênio, dióxido de carbono, vapor de água e ar do solo. O oxigênio é necessário para a respiração e o dióxido de carbono para a nutrição do carbono.

Raízes, folhas e caules de plantas também precisam desse elemento. O dióxido de carbono entra na planta através de seus estômatos no meio foliar, entrando nas células. Quanto maior a concentração de dióxido de carbono, melhor se torna a vida das plantas. O ar também desempenha um papel especial na formação de tecidos mecânicos em plantas terrestres.

Idade, sexo, tamanho e atividade física estão diretamente relacionados à quantidade de ar consumida. Os animais são muito sensíveis à falta de oxigênio. Isso leva ao acúmulo de substâncias tóxicas nocivas no corpo. O oxigênio é necessário para saturar o sangue e os tecidos de um ser vivo. Portanto, com a falta desse elemento nos animais, a respiração acelera, o fluxo sanguíneo acelera, os processos oxidativos no corpo diminuem e o animal fica inquieto.

O dióxido de carbono não é o culpado pelo aquecimento global

O ar é um fator vital para uma pessoa. É transportado pelo sangue por todo o corpo, saturando todos os órgãos e todas as células do corpo. É no ar que ocorre a troca de calor. corpo humano com o meio ambiente. A essência dessa troca é a liberação de calor por convecção e a evaporação da umidade de seus pulmões humanos. Com a ajuda da respiração, uma pessoa satura o corpo com energia. A razão para isso é a atividade industrial e tecnogênica do homem.

Um adulto, estando em repouso, realiza em média 14 movimentos respiratórios por minuto, porém, a frequência respiratória pode sofrer flutuações significativas (de 10 a 18 por minuto). Um adulto respira de 15 a 17 por minuto e um recém-nascido respira 1 por segundo. A expiração calma usual ocorre em grande parte passivamente, enquanto os músculos intercostais internos e alguns músculos abdominais trabalham ativamente.

Distinguir entre o trato respiratório superior e inferior. A transição simbólica do trato respiratório superior para o inferior é realizada na interseção dos sistemas digestivo e respiratório na parte superior da laringe. A inspiração e a expiração são realizadas alterando o tamanho do tórax com a ajuda dos músculos respiratórios. Durante uma respiração (em estado calmo), 400-500 ml de ar entram nos pulmões. Este volume de ar é chamado de volume corrente (TO). A mesma quantidade de ar entra na atmosfera dos pulmões durante uma expiração silenciosa.

Após a expiração máxima, cerca de 1.500 ml de ar permanecem nos pulmões, chamado de volume residual dos pulmões. A respiração é uma das poucas funções corporais que podem ser controladas consciente e inconscientemente. Tipos de respiração: profunda e superficial, frequente e rara, superior, média (torácica) e inferior (abdominal).

Os pulmões (latim pulmo, outro grego πνεύμων) estão localizados na cavidade torácica, cercados pelos ossos e músculos do tórax. Além do mais, sistema respiratório participa de funções tão importantes como termorregulação, formação da voz, olfato, umidificação do ar inalado.

Quando a temperatura cai meio Ambiente as trocas gasosas em animais de sangue quente (especialmente os pequenos) aumentam como resultado de um aumento na produção de calor. Em humanos, ao trabalhar com potência moderada, aumenta após 3-6 minutos. depois de iniciado, atinge um determinado nível e permanece nesse nível durante todo o tempo de trabalho. Estudos de mudanças nas trocas gasosas durante o trabalho físico padrão são usados ​​na fisiologia do trabalho e do esporte, na clínica para avaliar o estado funcional dos sistemas envolvidos nas trocas gasosas.

Qual é o uso do oxigênio na indústria? Descobriu-se que o dióxido de carbono, até certo limite, contribui para uma assimilação mais completa do oxigênio pelo corpo. O dióxido de carbono também está envolvido na biossíntese da proteína animal, alguns cientistas veem isso como possível causa a existência de animais e plantas gigantes há muitos milhões de anos.

Para conhecer os caminhos da origem da vida, você deve primeiro estudar os sinais e as propriedades dos organismos vivos. Conhecimento composição química, estrutura e vários processos que ocorrem no corpo, torna possível compreender a origem da vida. Para fazer isso, vamos nos familiarizar com as características da formação das primeiras substâncias inorgânicas em espaço sideral e o surgimento do sistema planetário.

Atmosfera da terra antiga. De acordo com os dados mais recentes de cientistas espaciais, os corpos celestes se formaram há 4,5-5 bilhões de anos. Nos primeiros estágios da formação da Terra, sua composição incluía óxidos, carbonatos, carbonetos metálicos e gases erupcionados das profundezas dos vulcões. Como resultado da compactação crosta terrestre e a ação das forças gravitacionais começou a liberar uma grande quantidade de calor. O aumento da temperatura da Terra foi influenciado pelo decaimento de compostos radioativos e radiação ultravioleta Sol. Naquela época, a água na Terra existia na forma de vapor. NO camadas superiores ar, vapor de água reunido em nuvens, que caíram na superfície de pedras quentes na forma de chuvas, depois novamente, evaporando, subiram para a atmosfera. O relâmpago brilhou na Terra, o trovão retumbou. Isso durou muito tempo. Gradualmente, as camadas superficiais da Terra começaram a esfriar. Devido às fortes chuvas, pequenos reservatórios se formaram. Fluxos de lava quente que fluíram de vulcões e cinzas caíram em reservatórios primários e mudaram continuamente as condições ambientais. Tais mudanças contínuas no ambiente contribuíram para o surgimento de reações para a formação de compostos orgânicos.
A atmosfera da Terra continha metano, hidrogênio, amônia e água mesmo antes do surgimento da vida (1). Como resultado da reação química da combinação de moléculas de sacarose, amido e fibra foram formados, e proteínas foram formadas a partir de aminoácidos (2,3). Moléculas de DNA autorreguladas foram formadas a partir de compostos de sacarose e nitrogênio (4) (Fig. 9).

Arroz. 9. Aproximadamente 3,8 bilhões de anos atrás, o primeiro conexões complexas

Não havia oxigênio livre na atmosfera primária da Terra. O oxigênio reuniu-se na forma de compostos de ferro, alumínio, silício e participou da formação de diversos minerais da crosta terrestre. Além disso, o oxigênio estava presente na composição da água e de alguns gases (por exemplo, dióxido de carbono). Compostos de hidrogênio com outros elementos formam gases venenosos na superfície da terra. A radiação ultravioleta do Sol foi uma das fontes de energia necessárias para a formação de compostos orgânicos. Metano, amônia e outros gases são amplamente distribuídos na atmosfera da Terra (Fig. 10).

Arroz. 10. O estágio inicial do surgimento da vida na Terra. Formação de compostos orgânicos complexos no oceano primário

Formação de compostos orgânicos por via abiogénica. O conhecimento das condições ambientais nos estágios iniciais do desenvolvimento da Terra foi de grande importância para a ciência. Um lugar especial nesta área é ocupado pelo trabalho do cientista russo A. I. Oparin (1894-1980). Em 1924, ele sugeriu a possibilidade de passar a evolução química em Estágios iniciais desenvolvimento da terra. A teoria da AI Oparin é baseada na complicação gradual a longo prazo de compostos químicos.
Os cientistas americanos S. Miller e G. Urey em 1953, de acordo com a teoria de A. I. Oparin, estabeleceram experimentos. Passando uma descarga elétrica através de uma mistura de metano, amônia e água, obtiveram vários compostos orgânicos (uréia, ácido lático, vários aminoácidos). Mais tarde, tais experimentos foram repetidos por muitos cientistas. Os resultados obtidos dos experimentos comprovaram a correção da hipótese de A. I. Oparin.
Graças às conclusões dos experimentos acima, provou-se que, como resultado da evolução química terra primitiva monômeros biológicos formados.

Formação e evolução de biopolímeros. A totalidade e composição de compostos orgânicos formados em diferentes espaços aquáticos da Terra primitiva eram de diferentes níveis. A formação de tais compostos de forma abiogênica foi comprovada experimentalmente.
O cientista americano S. Fox em 1957 expressou a opinião de que os aminoácidos podem formar ligações peptídicas conectando-se entre si sem a participação da água. Ele notou que quando misturas secas de aminoácidos são aquecidas e depois resfriadas, suas moléculas semelhantes a proteínas formam ligações. S. Fox chegou à conclusão de que no local dos antigos espaços de água, sob a influência do calor dos fluxos de lava e da radiação solar, ocorreram compostos independentes de aminoácidos, que deram origem a polipeptídeos primários.

O papel do DNA e do RNA na evolução da vida. Principal diferença ácidos nucleicos de proteínas - a capacidade de duplicar e reproduzir cópias exatas moléculas originais. Em 1982, o cientista americano Thomas Check descobriu a atividade enzimática (catalítica) das moléculas de RNA. Como resultado, ele concluiu que as moléculas de RNA são os primeiros polímeros na Terra. Em comparação com o RNA, as moléculas de DNA são mais estáveis ​​em processos de decaimento em soluções aquosas fracamente alcalinas. E o ambiente com tais soluções estava nas águas da Terra primária. Atualmente, essa condição é preservada apenas na composição da célula. Moléculas de DNA e proteínas estão interconectadas. Por exemplo, as proteínas protegem as moléculas de DNA de efeitos nocivos raios ultravioleta. Não podemos chamar proteínas e moléculas de DNA de organismos vivos, embora tenham algumas características de corpos vivos, porque não possuem membranas biológicas totalmente formadas.

Evolução e formação de membranas biológicas. existência paralela proteínas e ácidos nucléicos no espaço podem ter aberto o caminho para o surgimento de organismos vivos. Isso só poderia acontecer na presença de membranas biológicas. Graças às membranas biológicas, é formada uma conexão entre o meio ambiente e as proteínas, os ácidos nucléicos. Somente através das membranas biológicas ocorre o processo de metabolismo e energia. Ao longo de milhões de anos, as membranas biológicas primárias, gradualmente se tornando mais complexas, adicionaram várias moléculas de proteína à composição. Assim, por complicação gradual, surgiram os primeiros organismos vivos (protobiontes). Os protobiontes desenvolveram gradualmente sistemas de autorregulação e autorreprodução. Os primeiros organismos vivos adaptados à vida em um ambiente livre de oxigênio. Tudo isso corresponde à opinião expressa por AI Oparin. A hipótese de A. I. Oparin na ciência é chamada de teoria coacervada. Esta teoria foi apoiada em 1929 pelo cientista inglês D. Haldane. Complexos multimoleculares com uma fina camada aquosa do lado de fora são chamados de coacervados ou gotículas de coacervados. Algumas proteínas na composição dos coacervados atuaram como enzimas, e os ácidos nucléicos adquiriram a capacidade de transmitir informações por herança (Fig. 11).

Arroz. 11. Formação de coacervados - complexos multimoleculares com casca aquosa

Gradualmente, os ácidos nucleicos desenvolveram a capacidade de duplicar. A conexão da gota de coacervado com o meio ambiente levou à primeira troca simples de matéria e energia na Terra.
Assim, as principais disposições da teoria da origem da vida de acordo com A. I. Oparin são as seguintes:

1. como resultado da influência direta de fatores ambientais, substâncias orgânicas foram formadas a partir de substâncias inorgânicas;
2. substâncias orgânicas formadas influenciaram a formação de compostos orgânicos complexos (enzimas) e genes livres de autorreprodução;
3. genes livres formados combinados com outras substâncias orgânicas de alto peso molecular;
4. nas substâncias macromoleculares, as membranas proteicas-lipídicas apareceram gradualmente do lado de fora;
5. Como resultado desses processos, as células apareceram.

A visão moderna da origem da vida na Terra é chamada de
a teoria da biopoiese (compostos orgânicos são formados a partir de organismos vivos). Atualmente, é chamada de teoria evolutiva bioquímica do surgimento da vida na Terra. Esta teoria foi proposta em 1947 pelo cientista inglês D. Bernal. Ele distinguiu três estágios da biogênese. A primeira etapa é o surgimento de monômeros biológicos de forma abiogênica. A segunda etapa é a formação de polímeros biológicos. O terceiro estágio é o surgimento de estruturas de membrana e os primeiros organismos (protobiontes). O agrupamento de compostos orgânicos complexos na composição dos coacervados e sua interação ativa entre si criam condições para a formação de organismos heterotróficos protozoários autorregulados.
No processo de surgimento da vida, ocorreram mudanças evolutivas complexas - a formação de substâncias orgânicas a partir de compostos inorgânicos. Primeiro, os organismos quimiossintéticos apareceram, depois gradualmente - organismos fotossintéticos. Os organismos fotossintéticos desempenharam um grande papel no aparecimento de mais oxigênio livre na atmosfera da Terra.
A evolução química e evolução dos primeiros organismos (protobiontes) na Terra durou até 1-1,5 bilhões de anos (Fig. 12).

Arroz. 12. Esquema de transição da evolução química para biológica

Atmosfera primária. membrana biológica. Coacervat. Protobionte. Teoria da biopoiese.

1. Corpos celestes, incluindo o globo, apareceram 4,5-5 bilhões de anos atrás.
2. Durante a formação da Terra, havia muito hidrogênio e seus compostos, mas não havia oxigênio livre.
3. Na fase inicial do desenvolvimento da Terra, a única fonte de energia era a radiação ultravioleta do Sol.
4. A. I. Oparin expressou a opinião de que em Período inicial apenas a evolução química ocorre na Terra.
5. Monômeros biológicos apareceram pela primeira vez na Terra, a partir dos quais proteínas e ácidos nucleicos (RNA, DNA) foram gradualmente formados.
6. Os primeiros organismos que apareceram na Terra foram os protobiontes.
7. Complexos multimoleculares cercados por uma fina camada aquosa são chamados de coacervados.
1. O que é um coacervado?
2. Qual é o significado da teoria de A. I. Oparin?
3. Que gases venenosos existiam na atmosfera primitiva?
1. Descreva a composição da atmosfera primária.
2. Que teoria sobre a formação de aminoácidos na superfície da Terra foi apresentada por S. Fox?
3. Qual o papel dos ácidos nucléicos na evolução da vida?

1. Qual é a essência dos experimentos de S. Miller e G. Urey?
2. Em que A.I. Oparin se baseou em suas hipóteses?
3. Cite os principais estágios do surgimento da vida.

* Teste seu conhecimento!
Perguntas para revisar. Capítulo 1. Origem e estágios iniciais de desenvolvimento da vida na Terra

1. O nível de organização da vida em que os problemas globais são resolvidos.
2. Desenvolvimento individual de organismos individuais.
3. Sustentabilidade ambiente interno organismo.
4. A teoria da origem da vida através da evolução química de substâncias inorgânicas.
5. Desenvolvimento histórico organismos.
6. O nível de organização da vida, consistindo de células e substâncias intercelulares.
7. A propriedade dos organismos vivos de reproduzir sua própria espécie.
8. O padrão de vida, caracterizado pela unidade da comunidade de organismos vivos e do meio ambiente.
9. Um padrão de vida caracterizado pela presença de ácidos nucleicos e outros compostos.
10. A propriedade de alterar a atividade vital dos organismos vivos de acordo com os ciclos anuais.
11. Um olhar sobre a introdução da vida de outros planetas.
12. O nível de organização da vida, representado pela estrutura e unidade funcional todos os organismos vivos da Terra.
13. A propriedade da estreita conexão dos organismos vivos com o meio ambiente.
14. Uma teoria que liga a origem da vida com a ação das "forças vitais".
15. Propriedade dos organismos vivos de transmitir características aos seus descendentes.
16. Um cientista que, com a ajuda da simples experiência, provou a incorreção da teoria da geração espontânea da vida.
17. Cientista russo que propôs a teoria da origem da vida de forma abiogênica.
18. O gás necessário à vida, que estava ausente na composição da atmosfera primária.
19. Um cientista que expressou uma opinião sobre a formação de uma ligação peptídica conectando aminoácidos entre si sem a participação da água.
20. Os primeiros organismos vivos com uma membrana biológica.
21. Complexos de alto peso molecular cercados por uma fina camada aquosa.
22. O cientista que primeiro definiu o conceito de vida.
23. A propriedade dos organismos vivos de responder a várias influências de fatores ambientais.
24. A propriedade de mudar os sinais de hereditariedade de organismos vivos sob a influência vários fatores meio Ambiente.
25. O nível de organização da vida em que as primeiras mudanças evolutivas simples são perceptíveis.

O ar atmosférico é uma mistura física de nitrogênio, oxigênio, dióxido de carbono (dióxido de carbono), argônio e outros gases inertes. Em seco ar atmosférico contém: oxigênio - 20,95%, nitrogênio - 78,09%, dióxido de carbono - 0,03%. Em não grandes quantidades argônio, hélio, neônio, criptônio, hidrogênio, xenônio, etc. partes constituintes, no ar existem algumas impurezas de origem natural, bem como a poluição introduzida na atmosfera devido às atividades produtivas humanas.

Componentes ambiente aéreo afetam os animais de forma diferente.

Azotoé o maior parte integral ar atmosférico, pertence aos gases inertes, não suporta respiração e combustão. Na natureza, há um processo contínuo do ciclo do nitrogênio, como resultado do qual o nitrogênio atmosférico é convertido em compostos orgânicos e, quando se decompõe, é restaurado e entra novamente na atmosfera e novamente se liga aos objetos biológicos. O nitrogênio é uma fonte de nutrição para as plantas.

O nitrogênio atmosférico, além disso, é um diluente de oxigênio, respirar oxigênio puro leva a mudanças irreversíveis no corpo.

Oxigênio- o gás mais importante para a vida, pois é necessário para respirar. Uma vez nos pulmões, o oxigênio é absorvido pelo sangue e transportado por ele por todo o corpo - ele entra em todas as suas células e é consumido lá para oxidação. nutrientes formando dióxido de carbono e água. Todos os processos químicos no corpo animal associados à formação várias substâncias, com o trabalho dos músculos e órgãos, com a liberação de calor, ocorrem apenas na presença de oxigênio.

O oxigênio em sua forma pura tem um efeito tóxico, que está associado à oxidação de enzimas.

Os animais consomem em média a seguinte quantidade de oxigênio (ml / kg de peso): um cavalo em repouso - 253, enquanto trabalha - 1780, uma vaca - 328, uma ovelha - 343, um porco - 392, uma galinha - 980. A quantidade de oxigênio consumida também depende da idade, sexo e estado fisiológico do corpo. O teor de oxigênio no ar de salas fechadas para animais com troca de ar insuficiente - a ventilação pode diminuir, o que, com exposição prolongada, afeta sua saúde e produtividade. As aves são as mais sensíveis a isso.

Dióxido de carbono(dióxido de carbono, CO 2) desempenha um papel importante na vida de animais e humanos, pois é um agente causador fisiológico do centro respiratório. Uma diminuição na concentração de dióxido de carbono no ar inalado não representa um perigo significativo para o corpo, uma vez que nível requerido A pressão parcial desse gás no sangue é fornecida pela regulação do equilíbrio ácido-base. O aumento do teor de dióxido de carbono no ar atmosférico tem um efeito negativo no organismo dos animais. Quando altas concentrações de dióxido de carbono são inaladas no corpo, os processos redox são perturbados, o dióxido de carbono se acumula no sangue, o que leva à excitação do centro respiratório. Ao mesmo tempo, a respiração torna-se mais frequente e profunda. Nas aves, o acúmulo de dióxido de carbono no sangue não acelera a respiração, mas faz com que ela diminua e até pare. Portanto, em quartos para pássaros, um suprimento constante de ar externo é fornecido em quantidades muito maiores (por 1 kg de peso) do que para mamíferos.

Higienicamente, o dióxido de carbono é indicador importante, pelo qual o grau de pureza do ar é julgado - a eficiência da ventilação. Se a ventilação não funcionar bem nas instalações pecuárias, o dióxido de carbono se acumula em quantidades significativas, pois contém até 4,2% no ar exalado. Muito dióxido de carbono entra no ar da sala se for aquecido queimadores a gás. Portanto, em tais instalações, as estruturas de ventilação devem ser mais poderosas.

A quantidade máxima permitida de dióxido de carbono no ar edifícios de gado não deve exceder 0,25% para animais e 0,1 - 0,2% para aves.

Monóxido de carbono(monóxido de carbono) - ausente no ar atmosférico. No entanto, ao trabalhar em instalações pecuárias para equipamentos - tratores, alimentadores, geradores de calor, etc., é liberado com gases de exaustão. A liberação de monóxido de carbono também é observada durante a operação de queimadores a gás.

Monóxido de carbono- um forte veneno para animais e humanos: quando combinado com a hemoglobina do sangue, priva-o de sua capacidade de transportar oxigênio dos pulmões para os tecidos. Quando esse gás é inalado, os animais morrem por asfixia devido à falta aguda de oxigênio. O efeito tóxico começa a se manifestar já com o acúmulo de 0,4% de monóxido de carbono. Para evitar tal envenenamento, as salas onde os motores estão funcionando devem ser bem ventiladas. combustão interna, realizar a manutenção de rotina de geradores de calor e outros mecanismos que emitem monóxido de carbono.

Quando os animais são envenenados monóxido de carbono Em primeiro lugar, eles devem ser removidos das instalações para Ar fresco. A concentração máxima permitida deste gás é de 2 mg/m3.

Amônia(NH 3) é um gás incolor com odor pungente. Raramente é encontrado no ar atmosférico e em pequenas concentrações. Nos edifícios de gado, a amônia é formada durante a decomposição da urina, esterco, cama. Acumula-se especialmente em ambientes onde há pouca ventilação, a limpeza do piso não é mantida, os animais são mantidos sem roupa de cama ou é trocado fora do tempo, bem como em depósitos de esterco, poços de polpa de fábricas de açúcar. Muita amônia é formada em pocilgas, bezerros, aviários (especialmente ao manter as aves no chão), se um grande número de animais estiver concentrado nessas instalações. Acima dos locais de acúmulo de chorume, a concentração de amônia chega a 35 mg/m 3 ou mais. Portanto, ao trabalhar no bombeamento de estrume líquido, na limpeza de canais de estrume fechados, é possível permitir que as pessoas trabalhem somente após a ventilação completa dessa área.

Em salas velhas e frias, muita amônia se acumula na superfície do equipamento, em roupas de cama molhadas, pois se dissolve melhor em ambiente frio e úmido. À medida que a temperatura sobe e desce pressão atmosférica A amônia é liberada de volta para o ar ambiente.

A inalação constante de ar mesmo com uma pequena mistura de amônia (10 mg/m3) afeta negativamente a saúde do animal. A amônia, dissolvendo-se nas membranas mucosas do trato respiratório superior, os olhos, irrita-os, além disso, reduz reflexivamente a profundidade da respiração e, portanto, a ventilação dos pulmões. Como resultado, os animais desenvolvem tosse, lacrimejamento, bronquite, edema pulmonar, etc. Nos processos inflamatórios do trato respiratório, a capacidade das membranas mucosas de resistir à penetração de microrganismos através delas, incluindo patógenos, também diminui. Em altas concentrações de amônia, ocorre paralisia respiratória, o animal morre.

No sangue, a amônia se combina com a hemoglobina e a transforma em hematina alcalina, que não é capaz de absorver oxigênio durante a respiração, ou seja, ocorre falta de oxigênio. Um forte grau de envenenamento é caracterizado por desmaios, convulsões. A amônia com a umidade forma um ambiente agressivo, que inutiliza máquinas, mecanismos e edifícios.

A concentração máxima permitida deste gás é de 20 mg / m 3, para animais jovens e aves - 5-10 mg / m 3.

Deve ser lembrado que a amônia tem um efeito negativo não apenas nos animais, mas também na equipe. Portanto, a fim de proteger a saúde dos trabalhadores nas instalações, bem como criar condições normais para os animais, os edifícios devem ser equipados ventilação eficaz. Grande importância tem um sistema de remoção de estrume funcional e ininterrupto. O teor de amônia pode ser reduzido espalhando superfosfato moído na cama na taxa de 250-300 g / m 2, usando uma cama de turfa condicionada, e para reduzir rapidamente a concentração desse gás, pode ser usado aerossol de formaldeído, um anti- revestimento de corrosão é usado para proteger máquinas e mecanismos.

sulfato de hidrogênio(H 2 S) na atmosfera livre está ausente ou contido em pequenas quantidades. A fonte de acúmulo de sulfeto de hidrogênio no ar dos edifícios pecuários é a decomposição de substâncias orgânicas contendo enxofre e excreções intestinais de animais, especialmente quando se usa alimentos ricos em proteínas ou distúrbios digestivos. O sulfeto de hidrogênio pode entrar no ar interno de coletores de chorume e canais de estrume.

A inalação deste gás em pequenas quantidades (10 mg / m 3) causa inflamação das mucosas, falta de oxigênio e em altas concentrações - paralisia do centro respiratório e do centro que controla a contração dos vasos sanguíneos. Sendo absorvido pelo sangue, o sulfeto de hidrogênio bloqueia a atividade das enzimas que fornecem o processo de respiração. O ferro na hemoglobina do sangue se liga ao sulfeto de hidrogênio ao sulfeto de ferro, de modo que a hemoglobina não pode participar da ligação e transporte de oxigênio. Nas mucosas, forma sulfeto de sódio, que causa inflamação.

O teor de sulfeto de hidrogênio no ar inalado acima de 10 mg / m 3 pode causar a morte rápida de um animal e de uma pessoa, e a exposição prolongada às suas impurezas insignificantes pode levar a envenenamento crônico, manifestado por fraqueza geral, distúrbios digestivos, inflamação do respiratório e diminuição da produtividade. Em pessoas com envenenamento crônico por sulfeto de hidrogênio, ocorre fraqueza, emagrecimento, sudorese, dores de cabeça, distúrbios cardíacos, catarro respiratório, gastroenterite.

Concentração permitida de sulfeto de hidrogênio no ar interno - 5 - 10 mg / m 3. O cheiro de sulfeto de hidrogênio já é sentido em concentrações de 1,4 mg/m 3 , claramente expresso em 3,3 mg/m 3 , significativo - em 4 mg/m 3 , doloroso - em 7 mg/m 3 .

Para evitar a formação de sulfeto de hidrogênio nas instalações, é necessário monitorar o bom estado das instalações de esgoto, usar lixo absorvente de gás de alta qualidade, manter uma cultura higiênica e veterinária e sanitária adequada nas fazendas e complexos e garantir a remoção oportuna de estrume.

O efeito de outros gases encontrados em salas de animais (indole, skatol, mercaptan, etc.) ainda é pouco conhecido.