Дышать — значит жить
Мы используем газ, чтобы вскипятить воду, растапливаем печку дровами или углём. Другими словами, сжигая топливо, извлекаем из него энергию. Ещё один участник процесса — кислород — остаётся как бы за кадром, но без него горение, суть окисление, невозможно. Подобное происходит и в живых телах: «сгорающие» углеводы отдают свою энергию. Сами понимаете, как важно при этом наладить бесперебойную поставку кислорода. Дыхание как раз этому и служит.
«Нужен как воздух» — так говорят о самых необходимых вещах. Действительно, для многих организмов на Земле воздух жизненно важен. Животные и растения получают из воздуха кислород, который участвует в сложной цепи биохимических превращений, дающих организму «энергетические» молекулы. При их расщеплении выделяется энергия, которая затем используется для различных нужд. В самом простом случае кислород поступает прямо через кожные покровы или оболочку по всей поверхности тела. Так дышат микроорганизмы и многие беспозвоночные, в частности кишечнополостные, черви, клещи. Амфибии тоже поглощают кислород кожей, но у них такой способ дыхания нельзя назвать основным.
Эволюция дыхательной системы в разных группах организмов шла своими путями. Одни приспособились к дыханию атмосферным кислородом, другие — к дыханию кислородом, растворённым в воде. Это потребовало принципиально разных устройств. Водные животные обзавелись жабрами, а наземные — лёгкими. В первом случае газообмен происходит между наружной поверхностью жабры, густо пронизанной кровеносными сосудами, и водой, которой жабры обычно омываются. Поэтому жабры расположены снаружи. Лёгкие же — это всегда резервуар с воздухом, и потому они находятся внутри. Здесь кислород поступает в капилляры непосредственно из воздуха.
Чем больше поверхность, тем выше интенсивность протекающего через неё газообмена. И для максимального увеличения своей поверхности органы дыхания часто имеют вид плоских лепестков и листочков или представляют собой пузырчатую массу. Для наглядности представьте, какую огромную общую площадь имеют листы книги, занимающей очень небольшой объём. А сколько воздуха заключено в пористом кусочке поролона! Ещё один способ увеличить поверхность — это сделать её ворсистой. Суммарная площадь тонких выростов благодаря их количеству тоже огромна. Вот пример подобного дыхательного устройства. На боках самцов волосатых лягушек (Trichobatrachus robustus) на время брачного сезона появляется своеобразный «мех». Многочисленные волосовидные кожные сосочки значительно повышают площадь проницаемых для кислорода покровов, усиливая его подачу. Лёгкие у этих лягушек развиты слабо, а силы для свадебных игр, видимо, требуются немалые.
И жабры, и лёгкие имеют у животных различное происхождение. Иными словами, для дыхания используются разные части тела и органы, иногда даже у родственных групп. Но всё же можно сделать некоторые обобщения. Низшие беспозвоночные используют в качестве наружных жабр щупальца, а в качестве внутренних (что бывает редко) — оболочку кишечника. У членистоногих жабры располагаются на конечностях, но изредка возникают и в полости под панцирем, как у отдельных раков. Водные животные, зарывающиеся в грунт, могут иметь длинные дыхательные трубки самого разного вида. К примеру, закапывающиеся крабы выставляют на поверхность сложенные вместе антенны, образующие водовод. Жабры мягкотелых (Mollusca) прячутся под наружной складкой туловища (мантией), и лишь у отдельных представителей (например, околожаберных моллюсков, Nudibranchia) сидят открыто.
Иглокожие животные (Echinodermata) придумали множество вариаций дыхательной системы, несмотря на то, что живут в одинаковых условиях. Так, морские звёзды (Asteroidea) обзавелись кожными жабрами — тонко- стенными выростами на поверхности, а у морских огурцов (Holothuroidea) газообмен происходит в водных лёгких, представляющих собой два сильно разветвлённых ствола внутри тела. Свободноживущие многощетинковые черви (Polychaeta) дышат с помощью жабр, находящихся на маленьких ножках каждого сегмента тела. У большинства ракообразных (Crustacea) и мечехвостов (Xiphosura) жаберные листочки крепятся к брюшным ножкам, что роднит их с вымершими трилобитами (Trilobita), имевшими на каждом членике по паре аналогичных двуветвистых конечностей.