Студопедия

КАТЕГОРИИ:


Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748)

Тренировочные задачи. 95. Киты и тюлени плавают в воде, температура которой может быть близка к точке замерзания

 

95. Киты и тюлени плавают в воде, температура которой может быть близка к точке замерзания. Выше уже говорилась, что эти животные защищены от переохлаждения толстым слоем подкожного жира. Но плавники китов и ласты тюленей для выполнения своей функции должны быть тонкими и иметь обтекаемую форму. Поэтому подкожного жира в них нет. Каким же путем пошла адаптация, чтобы защитить плавники и ласты от переохлаждения и отдачи большого количества тепла? Без подсказки здесь обойтись трудно, поэтому учтите, что эти органы обильно снабжены кровеносными сосудами.

Решение. Подкожный жир обеспечивает пассивную защиту от охлаждения за счет мощной теплоизоляции. Для плавников и ластов пришлось использовать активный процесс при помощи механизма противоточного теплообмена. Венозные сосуды плавников проходят очень близко от артерий, практически окружая их. Теплая кровь, которая течет по артериям, нагревает холодную кровь, приходящую по венам, и при этом сама охлаждается. В результате в плавники поступает кровь, успевшая отдать значительную часть тепла венозной крови. А последняя в свою очередь нагревается, прежде чем поступить в тело кита. Таким образом в плавники притекает относительно холодная кровь, а в тело – относительно теплая. Противоточный теплообмен встречается и у других животных, живущих в полярных условиях, например, у пингвинов.

96. Если Вы поняли принцип противоточного теплообмена, то попробуйте решить следующую задачу с аналогичной, но противоположной ситуацией.

Выше уже говорилось, что некоторые животные приспособились к условиям пустыни путем повышения температуры тела до 46-47° С Это способствует увеличению отдачи тепла конвекцией и радиацией и позволяет экономить воду, которая должна была бы расходоваться при теплоотдаче исключительно за счет испарения. Но мы знаем, что нейроны головного мозга весьма чувствительны к высокой температуре. Как же защитить мозг антилоп и газелей от чрезмерного перегревания?

Решение. Народную мудрость «держи ноги в тепле, а голову в холоде» природа в данном случае использовала вполне эффективно. Так, например, у антилопы бейза температура мозга повышается на три градуса меньше, чем в остальных частях тела. Оказалось, что и здесь адаптация пошла по пути использования механизма противоточного теплообмена. Наружные сонные артерии у бейзы проходят через кавернозный синус, где они распадаются на сотни мелких артерий. В свою очередь кавернозный синус наполняется охлажденной венозной кровью, оттекающей из сосудов носовой полости где благодаря испарению жидкости с влажных слизистых и происходит значительное понижение температуры. В результате артериальная кровь, пройдя через кавернозный синус, заметно охлаждается, прежде чем поступить в мозг.

97. В секреции молока у кормящей самки кенгуру наблюдается удивительная особенность. Две соседние молочные железы одновременно секретируют молоко совершенно различное по составу. У животных других видов ничего подобного не наблюдается. Попробуйте объяснить все это.

Решение. Сколь необычной ни казалась бы та или иная реакция, все равно и эта особенность должна иметь адаптивное, приспособительное значение. К чему же в таком случае приспосабливается организм самки кенгуру? Молоко необходимо для кормления детенышей. Даже если Вы не знаете особенностей молодого поколения кенгуру по сравнению с потомством других млекопитающих то нетрудно,об этом догадаться. Если молоко разное, значит, и детеныши разные. Действительно, кенгурята рождаются крошечными и совсем незрелыми. Сил хватает только на то, чтобы доползти до сумки, забраться в нее, найти сосок и надолго повиснуть на нем. Детеныш «дозревает» в сумке так долго, что за это время рядом с ним успевает появиться следующий новорожденный. Естественно, возраст «старого» и «молодого» детенышей существенно различается. Соответственно и потребности в питании у них различны.. На это и реагирует организм матери, направляя к разным соскам разное по составу молоко.

98. Красные мышцы у животных являются тоническими и соответственно используются организмом для длительного мышечного напряжениятонуса, например, при поддержании позы. Можно ли ожидать каких-то особенностей кровоснабжения этих мышц?

Решение. При поддержании позы мышцы сокращаются длительно. Это требует усиленного кровоснабжения. Не случайно поэтому в таких мышцах мы находим целый ряд адаптивных особенностей – обильное развитие мелких артерий, а в капиллярах наличие особых вздутий, которые являются резервуарами крови, используемой при длительном тоническом сокращении.

99. При высокой температуре среды у животных, не имеющих потовых желез, возникает терморегуляторное полипноэучащенное дыхание (200-600 раз в минуту). При этом усиленно испаряется слюна с языка и поверхности полости рта, что способствует отдаче тепла. Этот адаптивный механизм имеет однако недостаток. Интенсивная работа дыхательных мышц приводит к усиленному теплообразованию в них, что будет дополнительно нагревать тело. О том как остроумно природа преодолела это затруднение у собак, будет сказано в следующей главе. А пока подумайте, как удалось решить задачу коровам, овцам, козам. У них частота полипноэ не очень интенсивная, на зато оно мажет продолжаться в течение всей жаркой части дня. И все это время в дыхательных мышцах будет образовываться избыточное количество тепла. Как быть?

Решение. Если Вы догадались еще раз заглянуть в задачу 96, то по аналогии сможете найти, если не точное решение, то хотя бы его идею. У антилопы адаптивные механизмы охлаждают кровь, прежде чем она поступит в мозг. В рассматриваемом случае нужно обеспечить отдачу во внешнюю среду тепла, образовавшегося в дыхательных мышцах до того как нагретая этим теплом кровь сможет передать его внутрь тела. У перечисленных животных кровь, протекающая по межреберным артериям, сначала поступает в особые венозные сплетения в коже, отдает через них избыток тепла и только после этого направляется в систему полых вен.

Для решения сходных задач природа использует сходные механизмы. Важно понять общий принцип и тогда о многом можно догадаться.

100. У травоядных животных при прохождении пищи по пищеварительному тракту химус особенно долго задерживается в слепой кишке. С чем это связано?

Решение. Ясно, что такая задержка имеет приспособительное, адаптивное значение. Следовательно, в слепой кишке травоядных происходит какой-то процесс, который, во-первых, связан с дальнейшей обработкой пищи, а во вторых, протекает медленно. Остается выяснить – какой же это процесс. Можно догадаться, а можно и заглянуть в книгу. Ничего страшного в этом нет. Главное в другом – Вы знаете, на какой вопрос нужно ответить. А вот и ответ – интенсивное разложение бактериями основного компонента пищи травоядных – клетчатки.

101. Можно ли ожидать, что объем саркоплазматичесного ретикулума в синхронных и асинхронных мышцах окажется различным?

Решение. Эта задача является хорошим примером для тренировки умения отвечать на разных уровнях. Начинать, как Вы уже знаете, нужно с макроуровня. В чем состоят различия синхронных и асинхронных мышц? В частности, в том, что для управления работой синхронных мышц требуется большее количество нервных импульсов, чем для асинхронных Мышц. Теперь перейдем на микроуровень. Каждый нервный импульс, приходящий в мышечное волокно, приводит к освобождению ионов кальция из саркоплазматического ретикулума. Исходя из этого, становится очевидным, что в синхронных мышцах объем саркоплазматического ретикулума должен быть больше, так как при сокращении им требуется больше ионов кальция.

Вы можете подумать о том, что далеко не каждому придет в голову искать различия между синхронными и асинхронными мышцами именно в частоте приходящих в них нервных импульсов. Это совершенно справедливое замечание. Но вспомните об одном из важнейших правил, которые рассматривались еще в первой главе – правило 1.2 – необходимость находить связи между изучаемыми явлениями. В данной задаче говорится о саркоплазматическом ретикулуме. В нем содержатся ионы кальция, которые играют ведущую роль в механизме мышечного сокращения. А ионы кальция выходят из саркоплазматического ретикулума под влиянием нервного импульса (ПД). Тогда понятно, с чего нужно начинать рассуждения.

102. В процессе адаптации животных к холоду в клеточных мембранах происходит перераспределение содержания насыщенных и ненасыщенных жирных кислот. В какую сторону происходит сдвиг?

Решение. Начнем прежде всего искать такие различия между жирными кислотами, которые имеют непосредственное отношение к температуре. Это – различная точка плавления. Более высокая она у насыщенных жирных кислот. Поэтому, если входе адаптации увеличится содержание именно этих кислот и они будут преобладать в составе мембран, то при действии холода может произойти «затвердение» жирнокислотных цепей. Это в свою очередь приведет к увеличению жесткости мембран, что нежелательно. Следовательно, не случайно при адаптации к холоду в мембранах происходит сдвиг в сторону преобладания именно ненасыщенных жирных кислот, которые и при понижении температуры сохраняют жидкое состояние.

103. Некоторые антарктические рыбы живут в воде, температура которой может быть ниже нуля (вода не замерзает из-за высокой солености). А почему не замерзают жидкости внутри тела рыбы?

Решение. Адаптивные реакции в данном случае не могут идти по линии увеличения количества солей во внутренней среде организма. (Подумайте, почему).

Природа нашла другой, весьма остроумный механизм – у этих рыб синтезируется специальный белок – антифриз, понижающий температуру замерзания.

104. Из всех птиц мочевой пузырь имеется только у страуса. Чем бы Вы объяснили такую особенность?

Решение. Сначала нужно объяснить отсутствие мочевого пузыря у птиц. Очевидно, наличие наполненного мочой пузыря нарушает координацию в полете и затрудняет его. Поэтому отсутствие пузыря носит адаптивный, приспособительный характер. Моча выделяется из мочеточников сразу в клоаку. Страус же, во-первых, самая большая из птиц, а, во-вторых, не летает.

105. Можно ли представить, чтобы в слюне животного содержалась серная кислота?

Решение. Если в желудочном соке всегда присутствует соляная кислота, то почему бы в слюне не быть серной? Но зачем? Слюна нужна для взаимодействия с пищей. Но расщепляют пищевые вещества ферменты. Столь сильный фактор, как серная кислота, очевидно, требуется для воздействия на более грубые структуры. Оказывается, что некоторые хищные улитки, чтобы добраться до добычи, заключенной в раковину, растворяют ее слюной, содержащей серную кислоту. Адаптивные приспособления, созданные природой, поистине неисчерпаемы!

106. В слюне лягушек содержится амилаза. Но лягушка хищник и в ее пище отсутствует крахмал. Зачем же тогда ей нужен этот фермент?

Решение. Мы уже твердо знаем, что в эволюции не закреплялись «глупые» механизмы. Поэтому, если амилаза не нужна для крахмала, которого нет в пище, поищем аналог крахмала растений у животных. Разумеется, это гликоген. Он содержится в телах жертв лягушек и гидролизуется амилазой слюны.

107. На закуску решите несложную, но несколько интригующую задачу. Может ли у каких-нибудь млекопитающих время полного кругооборота крови составлять всего одну секунду?

Решение. Для положительного ответа необходимо выполнить два условия. Во-первых, животное должно быть очень маленьким. Во-вторых, а это как раз и характерно для таких животных, ЧСС должна быть очень высокой – до 1 000 уд/мин. Таким требованиям удовлетворяют землеройки. Трудно представить, но у них кровь, выброшенная из сердца, проходит большой и малый круги и возвращается снова в сердце, действительно, за одну секунду.

Задачи для самоконтроля

 

108. У двух людей произошел инфаркт миокарда одинаковой тяжести. Один из них до этого систематически занимался физкультурой и болезнь у него протекала легче. Объясните, почему. Ответ должен быть конкретным.

109. Стенки левого желудочка значительно толще, чем правого. В чем физиологический смысл этого?

110. Заяц и кролик близкие родственники. Однако у них наблюдаются существенные различия в работе сердца. Так, ЧСС у зайца 110-120 уд/мин, а у кролика около 200. Исходя из особенностей жизни зайца и кролика, предположите, какими должны быть у них различия СО и МОК.

111. У ведущего телепередачи «Счастливый случай,» очевидно, не очень профессиональные консультанты по биологии. Однажды он заявил, что гриб – это растение.

Но так считали в достаточно далеком прошлом. В другой раз было сказано, что дельфин вообще не спит. На самом же деле дельфин как и другие животные, без сна не обходится. Но сон у него совершенно необычный – каждое полушарие мозга спит «по очереди». С чем связано такое странное приспособление? Для непосвященных вопрос слишком сложен, поэтому Вы имеете право на подсказку. На голове у дельфина имеется отверстие – «дыхало», через которое воздух поступает в дыхательные пути. Оно может замыкаться специальным мощным сфинктером.

112. Северные олени способны выполнять значительно более интенсивную мышечную работу, чем лошади. Исходя из этого, нарисуйте в сравнении, как будут выглядеть кривые диссоциации оксигемоглобина у этих животных.

113. К каким воздействиям адаптация не развивается?

114. На единицу массы тела маленькое сердце плода доставляет тканям в 2 – 3 раза больше крови, чем сердце взрослого человека. Чем это объясняется? Какие еще адаптивные особенности плода обусловлены той же причиной?

115. У здорового жителя высокогорья обнаружено увеличенное количество эритроцитов в крови. На какой примерно высоте живет этот человек?

116. У собак амилаза в слюне обычно отсутствует. Но можно добиться, чтобы она появилась. Каким образом?

117. Для учета количества белых медведей было предложено задействовать вертолеты. Поскольку белый медведь на снегу практически незаметен, решили использовать очень чувствительные датчики, чтобы улавливать тепловое излучение, идущее от медведей. Однако несмотря на бесспорное присутствие животных, зарегистрировать тепловое излучение от них так и не удалось. Почему? Ведь белые медведи такие же теплые, как и все остальные млекопитающие!

118. Одни грызуны живут в пустыне. Жизнь других тесно связана с водой. Можно ли ожидать, что у этих двух групп грызунов имеют место большие различия в работе почек?

119. Как изменяется всасывающая функция кишечника при частичном голодании?

120. В каком случае скорость прохождения пищи через ЖКТ будет выше – у несущихся кур и индеек или у не несущихся?

121. Вы анализируете панкреатический сок карпа и щуки. В каком из них активность ферментов окажется более высокой?

 

Решения задач для самоконтроля

 

108. Постоянные физические нагрузки приводят к адаптивным изменениям в организме. В частности, в сердечной мышце постепенно развиваются коллатерали, т. е., дополнительные сосуды, улучшающие кровоснабжение миокарда. Поэтому нарушение коронарного кровообращения при инфаркте частично компенсируется за счет этих коллатералей.

109. Оба желудочка выполняют определенную работу. Она заключается в проталкивании крови по большому и малому кругам кровообращения. При этом основная часть энергии затрачивается на преодоление сопротивления движению крови, что связано с силами трения. Величина сопротивления косвенно характеризуется величиной КД, которая возрастает при увеличении сопротивления.

В большом круге КД примерно в шесть раз больше, чем в малом. Поэтому мускулатура левого желудочка значительно мощней, чем у правого, что отражает приспособление к выполнению значительно большей работы.

110. Всем известно, что жизнь у зайца беспокойная и бегать ему приходится намного больше, чем кролику. Соответственно и заячьему сердцу нужно выполнять большую работу. Если при этом ЧСС у зайца почти в два раза меньше, чем у кролика, то это означает, что сердце зайца обладает гораздо большими резервными возможностями, чем у его домашнего собрата. Действительно, исследования показали, что СО сердца у зайца в 2-2,5 раза больше, чем у кролика. Величина МОК у зайца также больше на 40-50 %.

111. Ясно, что такая странная форма сна носит приспособительный, адаптивный характер. К чему же приспособились дельфины? Они дышат воздухом, но часто ныряют. Понятно, что при погружении в воду «дыхало» должно обязательно закрываться. Эту работу и выполняет упомянутый в условии сфинктер. Им управляют сигналы, поступающие из КБП. Но если оба полушария «заснут», то при погружении в воду, даже случайном, сфинктер не сработает и вода через «дыхало» попадет в дыхательные пути. Такая угроза жизни исключается тем, что полушария «спят» по очереди и управление сфинктером все время сохраняется. Мы лишний раз убеждаемся в том, сколь разнообразны формы приспособления организмов к условиям существования.

112. Разумеется, сначала следует подумать, а потом уже начинать рисовать. Раз олени приспособлены к выполнению очень интенсивной мышечной работы, то их ткани должны получать кислород возможно более быстро. Следовательно, при одном и том же парциальном давлении кислорода его отщепление от оксигемоглобина у северных оленей должно происходить в большей степени, чем у лошадей.

113. Привлечем на помощь принципу адаптивности дополнительно принцип целесообразности. В каких случаях развитие адаптации, иначе говоря, снижение или отсутствие чувствительности к данному повторяющемуся воздействию биологически невыгодно? Во-первых, к боли. Это понятно. Во-вторых, к мышечному чувству. Действительно, если бы нервные центры начали постепенно адаптироваться к постоянно поступающим сигналам от рецепторов мышц, то мозг не смог бы получать информации о мышечном тонусе, который в свою очередь зависит, например, от положения тела в пространстве. В результате количество шишек от ушибов значительно увеличилось бы.

114. Ткани плода получают меньше кислорода, так как он поступает не непосредственно с воздухом, а с кровью матери через плацентарный барьер. Пониженное количество поступающего в организм плода кислорода компенсируется увеличением МОК. Неслучайно поэтому ЧСС у плода составляет 130-140 уд/мин. Кроме того, у плода синтезируется фетальный гемоглобин, который обладает повышенным сродством к кислороду, а количество эритроцитов увеличено.

115. Понятно, что увеличение числа эритроцитов у здорового человека – это ответная приспособительная реакция к пониженному содержанию кислорода в воздухе. Но почему речь идет о высоте? Дело в том, что на относительно небольших высотах (1-2 км) гемоглобин еще в состоянии достаточно полно связывать кислород. Но,«начиная с высоты 3 км и больше парциальное давление кислорода в воздухе снижается настолько, что, как следует из кривой диссоциации оксигемоглобина, он уже не может в достаточной степени насыщаться кислородом. Поэтому требуется приспособительная реакция в виде увеличения количества эритроцитов.

116. Для того чтобы добиться индукции (стимуляции синтеза) какого-либо фермента, необходимо наличие соответствующего субстрата. В процессе приспособления к появлению данного субстрата начинается синтез необходимого фермента. В данном случае собаку нужно усиленно кормить углеводной пищей.

117. Животные, постоянно живущие на Севере, хорошо адаптированы к холоду. В частности, важнейшую роль играет шерстяной покров, создающий надежную теплоизоляцию и уменьшающий теплопотери. Оказалось, что у белых медведей шерсть обладает сверхизолирующими свойствами. Помимо общеизвестных свойств шерсти, у медведей обнаружилось еще одно, совершенно изощренное. Каждый из огромного количества волосков их шерсти дополнительно содержит канал, заполненный воздухом. Благодаря этому потери тепла с поверхности тела сводятся к минимуму.

118. Для обитателей пустыни главное – это экономия воды. Поэтому у них выработался целый ряд приспособительных механизмов. Естественно, что не могли остаться в стороне и почки, как орган, интенсивно участвующий в водном обмене. Пустынные организмы выделяют через почки минимально возможные количества воды. Концентрирующая функция почек развита у них настолько, что осмотическая концентрация мочи превышает таковую плазмы в 17-20 раз.

У влаголюбивых грызунов другая трудность – им угрожает гипергидратация.

Их почки устроены по-другому. Концентрирующий механизм редуцирован, все петли Генле укорочены и почка неспособна увеличивать осмотическую концентрацию мочи по сравнению с плазмой крови более, чем в два – три раза. В результате избыточные количества воды все время выводятся с мочой.

119. Эти данные получены в опытах на животных и они должны быть для Вас очевидными в смысле их адаптивного, приспособительного значения. Если в течение нескольких дней животное получает очень малые количества пищи, то продуктов переваривания в кишечнике становится все меньше и меньше. Следовательно, концентрационный градиент между кишечником и кровью увеличивается. В этих условиях способность всасывать, например, глюкозу и гистидин значительно возрастает. Включаются приспособительные механизмы, способствующие максимальному усвоению продуктов переваривания.

120. Если курица несется, это связано с повышенными энергетическими расходами. В таком случае необходимо более быстрое пополнение ресурсов организма. Поэтому у несущихся птиц пища проходит по ЖКТ значительно быстрее, чем у тех, которые не несутся. В конечном счете это приводит к более быстрому всасыванию и усвоению продуктов переваривания.

121. Карпы питаются растительной пищей, а щуки – всем известные хищники.

Соответственно у карпов активность панкреатической амилазы почти в 1 000 раз выше, чем у щуки. Зато у щук значительно выше активность протеиназ.

 

<== предыдущая лекция | следующая лекция ==>
Принцип адаптивности | Термодинамический подход в физиологии Тренировочные задачи
Поделиться с друзьями:


Дата добавления: 2014-01-11; Просмотров: 571; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы!


Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет



studopedia.su - Студопедия (2013 - 2024) год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! Последнее добавление




Генерация страницы за: 0.042 сек.