Органы и их системы. Пищеварительная система и пищеварение. Дыхательная система и газообмен. Органы дыхания. Кровеносная система беспозвоночных и позвоночных животных.
СИСТЕМА ОРГАНОВ, ПРОИСХОЖДЕНИЕМ, ФУНКЦИЯМИ. – СОВОКУПНОСТЬ ОБЪЕДИНЕННЫХ ТОПОГРАФИЕЙ И
пищеварения дыхания кровеносная мочевыделительная половая нервная
Пищеварение – совокупность процессов (механических, химических, преимущественно ферментативных), расщепляющих и преобразующих пищевые продукты до состояния, пригодного для всасывания, усвоения и участия в обмене веществ потребившего пищу организма.
Поступающая в организм пища всесторонне обрабатывается под действием различных пищеварительных ферментов, синтезируемых специализированными клетками, причём расщепление сложных пищевых веществ (белков, жиров и углеводов) на все более мелкие фрагменты происходит с присоединением к ним молекулы воды (гидролиз).
Три основных типа пищеварения: внутриклеточное внеклеточное(дистантное) мембранное.
Внутриклеточное пищеварение: нерасщеплённый или не полностью расщепленный пищевой субстрат поступает внутрь клетки, где подвергается дальнейшему гидролизу ферментами цитоплазмы. Такой эволюционно более древний тип пищеварение распространён у всех одноклеточных, у некоторых низших многоклеточных организмов например, у губок) и у высших животных. Внутриклеточное пищеварение может быть реализовано не только в цитоплазме, но и в специальных внутриклеточных полостях - пищеварительных вакуолях, существующих постоянно или образующихся при фаго- и пиноцитозе.
Внеклеточное, или дистантное, пищеварение: синтезируемые в клетках ферменты переносятся во внеклеточную среду организма и осуществляют своё действие на расстоянии от секретирующих клеток. Внеклеточное пищеварение преобладает у кольчатых червей, ракообразных, насекомых, головоногих, оболочников и хордовых, кроме ланцетника.
Дистантное пищеварение может проходить за пределами организма, продуцирующего ферменты. При дистантном внеполостном пищеварение насекомые вводят пищеварительные ферменты в обездвиженную добычу, а бактерии выделяют разнообразные ферменты в культуральную среду.
Мембранное, или пристеночное, пищеварение осуществляется ферментами, локализованными на структурах клеточной мембраны, и занимает промежуточное положение между внеклеточным и внутриклеточным.
У большинства высокоорганизованных животных такое пищеварение происходит на поверхности мембран микроворсинок кишечных клеток и является основным механизмом промежуточных и заключительных стадий гидролиза. Мембранное пищеварение обнаружено у человека, млекопитающих, птиц, земноводных, рыб, круглоротых и многих представителей беспозвоночных животных (насекомые, ракообразные, моллюски, черви).
Пищеварительная система – пищеварительный аппарат, совокупность органов пищеварения у животных и человека. Пищеварительная система обеспечивает организм необходимой энергией и строительным материалом для восстановления и обновления клеток и тканей, постоянно разрушающихся в процессе жизнедеятельности. У большинства животных пищеварительная система - трубка, сообщающаяся с наружной средой двумя отверстиями: ротовым — для приёма пищи и анальным — для удаления неусвоенных остатков.
q Пищеварение у простейших происходит в одной клетке (тело простейших состоит из одной клетки). q Поступление веществ осуществляется также путем диффузии и активного переноса, но у них существует пиноцитоз (поступление жидких питательных веществ) и фагоцитоз (захват крупных органических веществ и бактерий с помощью ложноножек).
q Переваривание происходит в пищеварительных вакуолях: пищеварительные ферменты, образующиеся в цитоплазме, поступают внутрь вакуоли и переваривают пищу, затем расщепленные вещества через стенку вакуоли всасываются в цитоплазму, где ассимилируются или используются для получения энергии.
У кишечнополостных пищеварительная система представлена гастральной полостью, выстланной энтодермой и открывающейся наружу только ротовым отверстием. Гидроидные обладают простой мешковидной гастральной полостью; у др. кишечнополостных она разделена на центральный «желудок» и периферические камеры или каналы и называется гастроваскулярной системой.
У гидры еще нет пищеварительной системы, хотя она и многоклеточна; переваривают пищу только клетки энтодермы (внутреннего слоя клеток). Они выделяют пищеварительные ферменты в просвет полости, где пища размельчается (внеклеточное переваривание) и затем всасывается внутрь энтодермальных клеток, в которых происходит окончательное внутриклеточное переваривание. Не переваренные остатки пищи выбрасываются через то же отверстие в полости, через которое пища поступает. У коралловых полипов края рта заворачиваются внутрь, образуя эктодермальную глотку.
У плоских червей имеется пищеварительная система, состоящая изо рта, глотки и желудка, но нет анального отверстия: поступление пищи внутрь и выход остатков наружу происходит одним и тем же путем. Желудок сильно разветвлен и его ветви заходят почти во все части тела, что облегчает распределение всосавшейся переваренной пищи.
Круглые черви. При перемешивании жидкости пища распределяется по всему телу, к тому же жидкость не сжимаема и придает телу упругость, выполняя ту же функцию, что и скелет. Появляется анальное отверстие.
(дождевые черви) обладают полной пищеварительной системой: она состоит изо рта, мышечной глотки, пищевода, зоба с мягкими стенками, где пища сохраняется про запас, твердого мышечного желудка, в нем пища измельчается при помощи мелких камешков, поступивших вместе с пищей, прямой и длинной кишки (в которой осуществляется внеклеточное переваривание пищи) и анального отверстия, через которое удаляются непереваренные остатки пищи. Кольчатые черви
У моллюсков глотка снабжена роговыми челюстями, тёркой (радулой) и слюнными железами, имеются пищевод, желудок с объёмистой пищеварительной железой (печенью), тонкая и задняя кишка. У головоногих моллюсков, кроме того, есть так называемая поджелудочная железа.
Членистоногие — самый богатый видами и процветающий тип животных. Он объединяет свыше 1 млн. видов. К членистоногим относятся: речные раки, крабы, пауки, скорпионы, клещи, жуки, бабочки, мухи и многие другие. Пищеварительная система у членистоногих состоит из переднего отдела (рот, глотка, пищевод, желудок), среднего и заднего отделов кишечника, заканчивающегося анальным отверстием. В средний отдел кишечника впадают протоки печени.
У насекомых в связи с разнообразием используемой пищи формируется различный ротовой аппарат (сосущий, грызущий, лижущий, лакающий и т. д. ), продукты переваривания всасываются путем простой диффузии или активного переноса. Средняя кишка паукообразных и ракообразных снабжена крупной пищеварительной железой, у паукообразных, многоножек и насекомых в кишечник открываются органы выделения — мальпигиевые сосуды
I — передняя кишка: 1 — пищевод, 2 — зоб, 3 — мускульный желудок, 4 — слюнные железы; II — средняя кишка — пищеварительный (железистый) желудок: 5 — пилорические придатки; III — задняя кишка: 6 — мальпигиевы сосуды.
Желудок, расширенный отдел пищеварительного тракта, в котором осуществляется химическая и механическая обработка пищи. Различают железистый, или пищеварительный, мускульный, или жевательный. Мускульный Ж. образуется как часть железистого (у позвоночных и некоторых беспозвоночных) или возникает самостоятельно (у большинства беспозвоночных). В пищеварительной системе членистоногих животных большую роль в механической обработке пищи играет жевательный Ж. Среди ракообразных железистый Ж. имеют лишь низшие раки, а жевательный, снабженный хитиновыми «зубами» , — высшие. У паукообразных средняя кишка обычно распадается на 2 отдела, один из которых помещается в головогруди, другой — в области брюшка.
У позвоночных пищеварительная система представлена ротовой полостью, глоткой, пищеводом, желудком, кишечником, печенью и поджелудочной железой. У дышащих жабрами позвоночных глотка пронизана жаберными щелями и служит не только для проведения пищи из ротовой полости в пищевод, но и для дыхания. Желудок у большинства рыб, земноводных, пресмыкающихся, хищных и всеядных млекопитающих является простым, у некоторых рыб, птиц, жвачных млекопитающих, китообразных — сложным
У различных позвоночных с кишечником связаны и некоторые др. железистые органы (пилорические придатки многих рыб, ректальная железа акуловых и др. ). Кишечник большинства позвоночных животных дифференцирован на несколько отделов, различающихся как морфологически, так и функционально.
У позвоночных животных в связи с их приспособленностью к обитанию в различных экологических условиях и использованием разнообразной пищи выработались свои характерные особенности: усложняется строение зубов, появляется многокамерный желудок (например у жвачных), удлиняется кишечный тракт (у растительноядных) и др.
А миксина Б акула В окунь Г лягушка Д голубь Е кролик Ж человек 1 тонкая кишка 2 толстая кишка 3 слепая кишка 4 пищевод 5 поджелудочная железа 6 печень 7 желудок 8 клоака 9 жёлчный пузырь 10 кишечный тракт 11 спиральный клапан
У позвоночных животных желудок — расширенная часть передней кишки, расположенная за пищеводом. У круглоротых и некоторых рыб желудок не дифференцирован. Обычно желудок рыб подковообразно изогнут. Выделяют кардиальной часть и пилорический отдел. В области Ж. у костистых рыб обычно развиваются пилорические придатки.
Ж. птиц состоит из железистого и мускульного отделов. У многих птиц кутикула мускульного Ж. образует выросты, которые, ввиду отсутствия у птиц зубов, вместе с заглоченными мелкими камнями или песчинками (т. н. гастролитами) способствуют механической переработке пищи.
У птиц, питающихся мясом, мускульный Ж. тонкостенный; у зерноядных, насекомоядных и всеядных — толстостенный; у рыбоядных птиц, глотающих рыбу целиком, он очень мал, а железистый Ж. образует объёмистый мешок.
А — общий вид, Б — вскрытый желудок. I — железистый желудок: 1 — отверстия желёз; II — мускульный желудок: 2 — мышцы стенки желудка, 3 — кутикула желудка; III — отверстие в двенадцатиперстную кишку
У большинства млекопитающих имеются ещё кардиальные железы (отсутствуют у хищных и приматов). Гладкая мускулатура стенок Ж. в месте перехода Ж. в кишку обычно образует мощный пилорический сфинктер.
У млекопитающих животных Ж. достигает наиболее сложной дифференцировки и разделён на пищеводный, кардиальный, донный и пилорический отделы. Наиболее сложен Ж. некоторых жвачных, разделяющийся на 4 отдела: рубец, сетку, книжку и сычуг. Первые 3 отдела, развивающиеся из пищеводной части Ж. , лишены желёз, только сычуг содержит их.
Собака (А), крыса (Б), хомяк (В), лошадь (Г) и жвачное животное (Д) Многослойный эпителий пищевода и пищеводного отдела желудка отмечен поперечными штрихами, область кардиальных желёз - косыми штрихами, область желёз дна желудка - пунктиром, область пилорических желёз - крестиками.
1 — пищевод; 2 — рубец; 3 — сетка; 4 — книжка; 5 — сычуг; 6 - двенадцатиперстная кишка; 7 — желобок.
Пища накапливается в желудке, перемешивается и пропитывается кислым желудочным соком, обладающим ферментативной активностью, выраженными антибактериальными свойствами и способностью денатурировать клеточные структуры.
Основная функция желудка: депонирование пищи, её механическая и химическая обработка, включающая начальные стадии П. (главным образом белков под действием протеолитических ферментов), а также постепенная эвакуация пищевой массы в кишечник.
В желудке пища находится в зависимости от её количества и состава от 4 до 10 к (у человека в среднем 3, 5— 4 ч). Слизистая оболочка желудка секретирует неактивный пепсиноген, активируемый в присутствии соляной кислоты и трансформируемый в активный пепсин, осуществляющий начальные стадии гидролиза белков. В желудочном соке присутствует небольшое количество липазы, роль которой, однако, невелика.
У всех позвоночных животных пищеварительная трубка дифференцирована на несколько отделов: ротовая полость, глотка и К. , состоящий из передней кишки (пищевод и желудок), средней, или тонкой, кишки и задней, или толстой, кишки, кончающейся клоакой или заднепроходным отверстием.
Всасывающая поверхность К. у низших рыб увеличивается образованием спирального клапана, у высших рыб и наземных позвоночных — благодаря удлинению самого К. , который образует петли, а также образованием пилорических придатков , у птиц и млекопитающих — также и образованием многочисленных выростов слизистой оболочки — ворсинок. Разделение К. на тонкую и толстую кишки имеется уже у многих рыб; ещё больше оно выражено у земноводных и пресмыкающихся, у которых на границе тонкой и толстой кишок образуется вырост — слепая кишка.
У птиц толстая кишка обычно очень коротка и снабжена двумя слепыми выростами. У млекопитающих К. достигает значительной длины и ясно дифференцирован на отделы; начальный его отдел — средняя, или тонкая, кишка, подразделяемая на двенадцатиперстную, тощую и подвздошную кишки, образует многочисленные петли и отграничена от следующего отдела — задней, или толстой, кишки — кольцевой складкой.
Задняя кишка (особенно длинная у травоядных животных) состоит из собственно толстой кишки, имеющей слепой вырост (слепая кишка), и прямой кишки. У некоторых грызунов, хищных, у всех полуобезьян и человекообразных обезьян конец слепой кишки образует тонкий червеобразный отросток — аппендикс. Прямая кишка от толстой резко не отграничена и кончается у однопроходных клоакой, у живородящих — заднепроходным отверстием.
При толщина не более 1 мм – диффузный газообмен. Кожное дыхание осуществляется при отсутствии специальных органов дыхания (дождевой червь), угорь – 60%, амфибии – 50% кожа. Специальные органы дыхания: Жабры (выпячивание), черви, моллюски, рыбы, личинки амфибии. Легкие у наземных животных: диффузные (моллюски, скорпионы, пауки); вентиляционные – наземные позвоночные. Трахеи – дыхальца (3 грудных + 9 брюшных). Не нуждаются в крови как в транспорте. Трахейные жабры – отсутствуют дыхальца.
Рис. 1 Основные типы газообменных структур у животных.
Органом дыхания большинства малощетинковых. например дождевого червя, служит кожа, в которой густо разветвляется сеть капилляров. У дождевого червя кислород воздуха растворяется во влаге на поверхности кожи, а затем проникает в ее капилляры. После дождя кислород, имеющийся в дождевой воде, поглощается почвой. Такая вода, лишенная кислорода, опасна для дождевых червей. Заливая норки, она вынуждает червей выползать на поверхность земли. Отсюда и происходит их название — дождевые.
Первичноводные членистоногие — ракообразные — дышат кислородом, растворенным в воде. Органами дыхания им служат листовидные жабры, связанные с конечностями у дафний грудные ножки несут жаберные лепестки. Движением ножек вода загоняется под головогрудный щит и омывает жабры. В отличие от дафний у циклопов отсутствуют жабры, поэтому они дышат всей поверхностью своего тела.
Жабры десятиногих раков находятся в жаберных полостях, образованных карапаксом. У речного рака жабры похожи на жабры кольчатых червей. Они представляют собой тонкостенные выросты кожных покровов и связаны с ногочелюстями и ходильными ногами.
Вода входит в жаберные полости через отверстия между основаниями ходильных ног, а выходит из-под нижнего края головогрудного щита в его передней части. Непрерывный ток воды в жаберных полостях обусловлен быстрыми движениями наружной лопасти второй пары нижних челюстей, которая совершает от 120 до 200 взмахов в минуту.
Речной рак обладает способностью жить несколько дней без воды благодаря тому, что отверстия жаберных полостей могут наглухо замыкаться. Дыхание речного рака поддерживается за счет остатков воды, сохраняющихся в жаберных полостях.
Наблюдения за водными насекомыми показали, что, находясь под водой, они тратят гораздо больше кислорода, чем содержится в запасе. Дело в том, что по мере потребления кислорода из пузырька запасенного воздуха в него проникает кислород, находящийся в растворенном виде в окружающей воде. Таким образом, пузырек воздуха на теле водного насекомого играет роль особого приспособления к дыханию под водой — так называемой физической жабры. Благодаря этому насекомые могут очень долго оставаться под водой, не поднимаясь на поверхность.
Личинки комаров на время обновления запаса воздуха в своей трахейной системе подвешиваются с помощью несмачиваемых жирных волосков к поверхностной пленке воды
Личинки многих водных насекомых: поденок, стрекоз, ручейников и др. — дышат растворенным в воде кислородом при помощи трахейных жабр Трахейные жабры расположены по бокам брюшка и имеют листовидную или нитевидную форму. Внутри таких жабр находятся трахеи, связанные с основной частью трахейной системы. Растворенный в воде кислород проникает через стенку трахейных жабр в трахейную систему насекомого.
Органами дыхания большинства моллюсков являются парные жабры, которые расположены симметрично в мантийной полости. Жабры представляют собой видоизмененные участки мантии
Незамкнутая (у большинства беспозвоночных животных). Сосуды прерываются щелевидными пространствами и жидкость омывает клетки и ткани). Замкнутая
высокое давление крови трудности регулирования распределения крови медленное возвращение крови к сердцу высокая эффективность выполнения функций кровообращения
Такая система кровообращения характерна для большинства членистоногих, моллюсков(кроме головоногих) и оболочников. Кровь или гемолимфа, выбрасывается сердцем через артерию в гемоцель, который представляет собой сеть заполненных кровью незамкнутых полостей, называемых синусами, в которых лежат внутренние органы. Гемолимфа непосредственно омывает ткани. Вены отсутствуют. Кровь из гемоцеля возвращается к сердцу и поступает в него через клапаны, открывающиеся в момент расслабления сердца.
Кровеносная система паукообразных напоминает таковую у ракообразных. Сердце имеет вид длинной трубки, несущей до семи пар щелевидных отверстий. Степень развития кровеносной системы зависит от размеров животного.
Как и у других членистоногих, у насекомых имеется незамкнутая кровеносная система Однако в связи с развитием трахей кровеносная система насекомых значительно упрощена. Гемолимфа здесь не принимает участия в переносе газов. Она разносит к клеткам только питательные вещества.
Сердце насекомых представляет собой трубку, состоящую из нескольких камер. Сзади сердце замкнутое, а впереди от него к голове отходит короткая аорта. Между смежными камерами сердца находятся клапаны, которые пропускают кровь только в одном направлении (вперед) и закрываются при обратном движении крови. В каждой камере имеется пара боковых отверстий, тоже снабженных клапанами. Через них кровь попадает в сердце из полости тела.
Из сердца кровь поступает в аорту, а из нее в полость тела. Циркуляция крови обеспечивается благодаря сокращению мышц в стенках сердца и особых крыловидных мышц, прикрепленных к дорсальной диафрагме. В полости тела, в отличие от сердца, кровь течет от переднего конца к заднему и омывает все органы и ткани, передавая им питательные вещества и унося от них к органам выделения ненужные продукты жизнедеятельности.
Кровеносная система моллюсков незамкнутая. Кровь циркулирует по кровеносным сосудам и по системе полостей, расположенным между тканями и органами. В связи с этим в кровеносной системе обычно отсутствуют или слабо развиты наиболее мелкие сосуды и капилляры.
В околосердечной сумке моллюсков находится сердце, состоящее из двух предсердий и одного желудочка. От желудочка отходят сосуды, образующие ответвления, по которым кровь изливается в полости тела. Там она омывает органы, а затем поступает по венозным сосудам к органам дыхания для газообмена. Обогащенная кислородом кровь поступает в сердце.
Сердце пульсирующие сосуды – кольчатые черви; трубкообразное сердце – задний конец слепо замкнут; камерное сердце – Mollusca (1 -2 предсердия и желудочек)
Впервые замкнутая кровеносная система (КС) возникает у кольчатых червей, относящихся к вторичнополостным животным.
головоногих моллюсков иглокожих хордовых животных ( более сложно устроена)
У кольчатых червей КС состоит из спинного и брюшного сосудов, соединенных между собой на переднем конце тела пятью парами так называемых “сердец”,
При замкнутой кровеносной системе кровь циркулирует в замкнутой полости, в пределах которой она разносится от сердца (сердец) по проводящим каналам к органам и тканям и затем, не выходя из этой полости, возвращается к сердцу.
Хордовые имеют замкнутую кровеносную систему. Кровеносная система бесчерепных (ланцетника) состоит из одного круга кровообращения. Роль сердца выполняет брюшная аорта. При сокращении ее стенок венозная кровь направляется в жаберные артерии. После газообмена насыщенная кислородом кровь поступает в спинную аорту. На пути к заднему концу тела она распадается на артерии, идущие к органам. От органов венозная кровь собирается в вены и поступает в брюшную аорту.
Количество кругов кровообращения Строение сердца Разделение кровотока на венозный и артериальный
Сердце образовано как расширение брюшной аорты (мускульный орган, имеющий клапаны, которые регулируют ток крови) Имеет поперечно полосатую мускулатура.
Сердце рыб состоит из предсердия (принимает кровь от вен) и желудочка (гонит кровь в артерию). Начинается венозным синусом. Сердце у рыб – двухкамерное, 1 круг.
Amphibia – трехкамерное (2 предсердия и 1 желудочек) кровь смешанная. 2 -й круг – формируется при выходе на сушу. Сердце амфибий состоит из венозной пазухи, предсердия, желудочка, луковицы аорты (артериальный конус). У земноводных в правое предсердие попадает и примесь артериальной крови. В желудочке – система карманов и неполных перегородок, что уменьшает перемешивание артериальной и венозной крови. При выходе из желудочка потоки крови разделяются на более богатые кислородом идет в голову, более бедная в органы дыхания
Уптиц и млекопитающих полное разделение: малый (легочный) – правый желудочек – легочная артерия – легкие – легочные вены – левое предсердие. большой – левый желудочек – аорта – артерии к голове; кольчатые, внутренним органам – вены – правое предсердие.
Земноводные и пресмыкающиеся – 2 круга. Малый – желудочек – легкие – левое предсердие (артериальная кровь). Большой – от желудочка – сосуды всего тела – правое предсердие (венозная кровь).
Рис. 96. Строение сердца позвоночных: А – строение сердца рыбы: 1 – вена; 2 – предсердие; 3 – желудочек; 4 – аорта; Б – строение сердца лягушки: 1 – правое предсердие; 2 – левое предсердие; 3 – желудочек; 4 – артериальный конус; 5 – левая легочная артерия; 6 – левая дуга аорты; 7 – сонные артерии; 8 – правая передняя полая вена; В – строение сердца ящерицы: 1 – правое предсердие; 2 – левое предсердие; 3 – девая половина желудочка; 4 – правая половина желудочка; 5 – правая легочная артерия; 6 – правая дуга аорты; 7 – левая дуга аорты; 8 – правая легочная вена; 9 – задняя полая вена; 10 – правая передняя полая вена; Г – строение сержа птицы: 1 – правое предсердие; 2 – левое предсердие; 3 – левый желудочек; 4 – правый желудочек; 5 – правая легочная артерия; 6 – правая дуга аорты; 7 – правая легочная вена; 8 – задняя полая вена; 9 – правая передняя полая вена; Д – строение сердца млекопитающего: 1 – правое предсердие; 2 – левое предсердие; 3 – правый желудочек; 4 – левый желудочек; 5 – левая легочная артерия; б – левая дута аорты; 7 – легочные вены; 8 – задняя полая вена; 9 – передняя полая вена
кровь выбрасывается из сердца в артерии в артериях поддерживается высокое давление и грает роль напорного резервуара из артерий подается в капилляры
кровь оттекает по направлению от капилляров к сердцу низкое давление в венах играет роль вместительного резервуара