11.6.4. Потребность в специализированных дыхательных структурах и пигментах

С увеличением размеров тела отношение поверхности тела к объему уменьшается. Простая диффузия теперь уже не может обеспечить достаточный приток кислорода к тем клеткам, которые не находятся в прямом контакте с внешней средой. К тому же нередко и сама потребность в кислороде у таких более крупных животных ввиду их высокой метаболической активности оказывается выше.

Повышенная потребность в кислороде привела в процессе эволюции к тому, что некоторые участки тела превратились в специализированные дыхательные поверхности. У разных животных типы дыхательных поверхностей различны. В каждом случае они приспособлены для работы в тех или иных конкретных условиях. На рис. 11.22 показано, как их можно в соответствии с этим классифицировать.

Рис. 11.22. Типы дыхательных поверхностей

Обычно площадь дыхательных поверхностей сильно увеличена, и часто они связаны с какой-нибудь транспортной системой, например кровеносной. Транспортная система обеспечивает дыхательной поверхности связь со всеми прочими тканями тела и делает возможным непрерывный обмен кислородом и углекислотой между дыхательной поверхностью и клетками. Присутствие дыхательного пигмента в крови еще больше повышает способность крови переносить кислород. Кроме того, особые вентиляционные движения ускоряют газообмен между организмом и средой, поддерживая крутые диффузионные градиенты.

Кровь, содержащая какой-либо дыхательный пигмент, служит гораздо более эффективным переносчиком кислорода, нежели кровь без такого пигмента. Пигмент позволяет поглощать и транспортировать гораздо большие количества О₂; он может находиться в плазме крови или в особых клетках. Любопытно отметить, что молекулы тех пигментов, которые заключены в форменных элементах крови, относительно невелики по сравнению с пигментами плазмы. Пигменты плазмы представляют собой агрегаты из многих небольших молекул, ведущие себя как одна крупная молекула. Такая организация дает возможность увеличивать количество пигмента в крови без одновременного увеличения числа частиц в растворе.

11.9. Почему это важно?

11.10. В чем преимущество системы, в которой дыхательный пигмент сосредоточен в особых клетках?

Все известные дыхательные пигменты присоединены к белковым молекулам. Пигменты обладают способностью обратимо связывать кислород. При высоких концентрациях кислорода пигмент легко его присоединяет, а при низких - быстро отдает. Перенос кислорода гемоглобином более подробно описан в гл. 14. В табл. 11.3 приведены свойства распространенных дыхательных пигментов животных.

Таблица 11.3. Обычные дыхательные пигменты

(¹⁾При рассмотрении приведенных величин сопоставьте их с тем фактом, что в отсутствие связывающих кислород пигментов растворимость кислорода составляет 0,2 мл О₂ на 100 мл крови.)