Биология: теория

Простыми словами

Организм человека собран как город: клетки — жители, ткани — бригады одинаковых специалистов, органы — здания из нескольких материалов, системы органов — городские службы (транспорт, связь, снабжение). Все службы работают согласованно — поэтому организм единое целое.

Место человека в системе

Человек — представитель царства Животные: питается готовыми органическими веществами, подвижен, в клетках нет клеточной стенки и хлоропластов.

Царство Животные → тип Хордовые → класс Млекопитающие → отряд Приматы → семейство Люди (Гоминиды) → род Человек → вид Человек разумный.

Клетка

Четыре типа тканей

Ткань — группа клеток, сходных по строению и функции, вместе с межклеточным веществом.

Органы, полости, системы

Орган — часть тела определённой формы, построенная из нескольких тканей и выполняющая свою работу. Система органов — группа органов, выполняющих общую работу.

Полости тела: черепа (головной мозг), позвоночного канала (спинной мозг), грудная (сердце, лёгкие) и брюшная (желудок, печень, кишечник, почки); грудную и брюшную разделяет диафрагма.

Органы, регуляция и отличия человека

Организм — единое целое благодаря саморегуляции: нервная система управляет органами через нервные импульсы, а гуморальная — через вещества в крови, прежде всего гормоны желёз внутренней секреции.

Уровни организации живого после популяционно-видового — экосистемный (биогеоценотический) и биосферный.

Человек отличается от других приматов (семейство Гоминиды) прямохождением, очень крупным мозгом и членораздельной речью. Мышечная ткань сердца — поперечнополосатая сердечная.

Простыми словами

Скелет — каркас тела, а мышцы — тросы, которые двигают его части. Вместе они образуют опорно-двигательную систему: опору тела, защиту внутренних органов (череп — мозга, рёбра — сердца и лёгких) и движение. В скелете взрослого человека более 200 костей.

Строение и состав кости

Соединения костей и позвоночник

У позвоночника четыре изгиба (шейный и поясничный вперёд, грудной и крестцовый назад) — они смягчают толчки при ходьбе и беге.

Мышцы и их работа

Скелетные мышцы образованы поперечнополосатой скелетной тканью, крепятся к костям сухожилиями и работают по воле человека. Примеры: двуглавая (бицепс) — сгибает руку в локте, трёхглавая (трицепс) — разгибает; мышцы брюшного пресса поддерживают внутренние органы; икроножная — поднимает тело на носки; диафрагма и межрёберные — дыхание; жевательные и мимические — на голове.

Осанка и первая помощь

Правильная осанка сохраняется при правильной посадке за партой, посильной равномерной нагрузке (рюкзак на двух плечах), физкультуре. Нарушения: сколиоз (боковое искривление), сутулость; плоскостопие — уплощение свода стопы.

Позвоночник и мышцы подробнее

• Отделы позвоночника: шейный — 7 позвонков, грудной — 12, поясничный — 5, крестцовый — 5 сросшихся, копчиковый — 4–5. Поясничные позвонки самые крупные: на них приходится наибольшая нагрузка. Крестец неподвижно соединён с тазовыми костями. Межпозвоночные диски из хряща соединяют тела соседних позвонков.
• Изгибы вперёд (шейный, поясничный) называют лордозами, назад (грудной, крестцовый) — кифозами. Боковое искривление — сколиоз.
• Губчатое вещество из перекладин придаёт кости прочность при малой массе; компактное вещество тела кости (диафиза) принимает основную нагрузку. Связки и сухожилия образованы плотной соединительной тканью.
• Мышца сокращается под действием нервных импульсов: при этом она укорачивается и утолщается.

Утомление — временное снижение работоспособности мышц. Лучше всего мышцы работают при умеренной ритмичной нагрузке. Быстрее всего восстанавливает силы активный отдых — смена вида деятельности (вывод И. М. Сеченова).

Правильная осанка — привычное положение тела при стоянии, ходьбе и сидении; при неправильной нагрузка на позвоночник и мышцы спины неравномерна. При переломе главное — обеспечить неподвижность кости шиной. С возрастом в костях становится меньше органических веществ, и они делаются хрупкими.

Простыми словами

Клетки тела живут как в «аквариуме»: их омывает жидкость, из которой они берут питание и кислород и куда сбрасывают отходы. Эта жидкость — внутренняя среда; её состав поддерживается почти постоянным (гомеостаз).

Состав крови

У взрослого около 5 л крови. Физиологический раствор — 0,9 % раствор поваренной соли: в нём эритроциты не разрушаются; его вводят при потере жидкости.

Клетки крови образуются в красном костном мозге. Эритроцит живёт около 120 суток и разрушается в печени и селезёнке.

Свёртывание крови

При ранении разрушаются тромбоциты → с участием солей кальция и витамина K растворимый белок плазмы фибриноген превращается в нерастворимый фибрин → нити фибрина задерживают клетки крови → образуется тромб, который закрывает рану.

Иммунитет

И. И. Мечников открыл фагоцитоз — захват и переваривание микробов лейкоцитами (фагоцитами) и создал клеточную теорию иммунитета. Лимфоциты вырабатывают антитела — белки, обезвреживающие чужеродные вещества (антигены).

Аллергия — повышенная чувствительность к некоторым веществам (пыльца, шерсть, продукты). ВИЧ поражает лимфоциты и разрушает иммунитет (СПИД).

Группы крови и переливание

Группы системы AB0: I (0), II (A), III (B), IV (AB). Отдающий кровь — донор, получающий — реципиент. Учитывают также резус-фактор.

• Человеку с I группой можно перелить только I (0).
• Человеку с IV группой (AB) по схеме подходят все группы.
• Сегодня на практике переливают кровь той же группы и того же резуса; схема показывает лишь допустимые сочетания.

Переливание и тонкие вопросы

• Группы крови открыл Карл Ландштейнер (1900–1901). При переливании несовместимой крови эритроциты склеиваются — агглютинация — и разрушаются.
• Резус-фактор — особый белок на мембране эритроцитов: у кого он есть — резус-положительные (Rh+), у кого нет — резус-отрицательные (Rh−).
• Кровь IV (AB) группы можно перелить только человеку с IV группой; I (0) — только I группу может получить человек с I группой.
• Внутри неповреждённых сосудов кровь не свёртывается: стенки сосудов гладкие, а в плазме есть противосвёртывающие вещества. Без фибриногена кровь не свернётся; жидкость, оставшаяся после свёртывания, — сыворотка крови.
• Эритроцит человека не имеет ядра — поэтому в нём помещается больше гемоглобина. Малокровие (анемия) — уменьшение числа эритроцитов или количества гемоглобина.
• Пересаженный чужой орган может отторгаться: его белки чужеродны, и иммунная система их уничтожает.

Простыми словами

Сердце — это два насоса в одном: правая половина качает кровь через лёгкие, левая — по всему телу. Кровь ходит по замкнутым трубам-сосудам, а клапаны, как дверцы, пропускают её только в одну сторону.

Строение сердца

Сердце лежит в грудной полости, немного левее середины, в околосердечной сумке.

• Створчатые клапаны — между предсердиями и желудочками; полулунные — между желудочками и артериями (аортой, лёгочной артерией).
• Стенка левого желудочка самая толстая: он гонит кровь по большому кругу.
• Правое предсердие принимает венозную кровь из большого круга (полые вены); правый желудочек выталкивает её в малый круг (лёгочная артерия); левое предсердие принимает артериальную кровь из лёгких (лёгочные вены); левый желудочек выталкивает её в аорту.

Два круга кровообращения

Сердечный цикл и пульс

Сокращение предсердий — 0,1 с, сокращение желудочков — 0,3 с, общая пауза — 0,4 с. Каждая камера отдыхает дольше, чем работает, — поэтому сердце не утомляется.

Автоматия — способность сердца ритмично сокращаться под действием импульсов, возникающих в нём самом. Работу сердца ускоряют адреналин и симпатические нервы, замедляет блуждающий нерв.

Пульс — толчкообразные колебания стенок артерий в такт сердцу; у здорового взрослого в покое 60–80 ударов в минуту (за минуту — $60:0,8=75$ циклов). Давление крови максимально в аорте и минимально в полых венах; в норме у взрослого около 120/80 мм рт. ст.

Сосуды

Крови по венам к сердцу помогают двигаться клапаны вен и сокращение скелетных мышц, а также присасывающее действие грудной клетки при вдохе.

Кровотечения и гигиена

Сердце тренируют регулярные физические нагрузки; вредят курение, алкоголь, малоподвижность, переедание.

Давление, пульс и расчёты

• Давление крови самое высокое в аорте, ниже в артериях, ещё ниже в капиллярах и самое низкое в полых венах. Скорость крови самая маленькая в капиллярах.
• Артериальное давление измеряют тонометром; норма для взрослого — около 120/80 мм рт. ст. Стойкое повышение давления — гипертония.
• Пульс удобнее всего прощупать на лучевой артерии у запястья (а также на сонной артерии на шее). При нагрузке пульс учащается.
• У тренированного человека сердце в покое бьётся реже: за одно сокращение оно выбрасывает больше крови.
• Курение вызывает сужение сосудов и повышает нагрузку на сердце.

Простыми словами

Каждой клетке тела нужен кислород, чтобы «сжигать» питательные вещества и получать энергию, а образовавшийся углекислый газ надо убрать. Дыхательная система — это «вентиляция»: она подводит воздух к лёгким, где кислород переходит в кровь, а углекислый газ — из крови в воздух.

Органы дыхания

Голос: выдыхаемый воздух заставляет натянутые голосовые связки колебаться, между ними — голосовая щель. Чем сильнее натянуты связки, тем выше голос. Речь формируют язык, губы, зубы, полости рта и носа.

Альвеолы и газообмен

Альвеола (лёгочный пузырёк) — крошечный пузырёк на конце бронхиолы, оплетённый сетью капилляров. В лёгких около 350 миллионов альвеол; их общая поверхность — около 100 м².

Стенка альвеолы и капилляра — в один слой клеток, очень тонкая, чтобы газы легко проходили из воздуха в кровь и обратно. Газы движутся путём диффузии — туда, где их меньше:

Вдох и выдох

В лёгких нет мышц — они растягиваются вслед за грудной клеткой.

Объёмы лёгких

где $\text{ДО}$ — дыхательный объём (воздух спокойного вдоха), ${\text{РО}}_{\text{вд}}$ — резервный объём вдоха (сколько можно вдохнуть сверх спокойного вдоха), ${\text{РО}}_{\text{выд}}$ — резервный объём выдоха. Всё — в мл. ЖЕЛ измеряют спирометром; у взрослого 3000–5000 мл, у спортсменов больше. Остаточный объём остаётся в лёгких даже после самого глубокого выдоха и в ЖЕЛ не входит.

где $\text{ЧД}$ — частота дыхания, раз в минуту (в покое около 16–18).

Регуляция и гигиена

• Дыхательный центр — в продолговатом мозге; работает автоматически, но мы можем произвольно задержать или ускорить дыхание (влияние коры).
• Гуморальная регуляция: сильнее всего дыхание усиливает избыток углекислого газа в крови.
• Защитные рефлексы — кашель (раздражение гортани, трахеи, бронхов) и чихание (раздражение носовой полости).

Гигиена: дышать носом, проветривать помещения, не курить (смолы и никотин повреждают бронхи и альвеолы), закаляться. Болезни лёгких (например, туберкулёз) долго протекают незаметно — флюорографию проводят, чтобы вовремя их обнаружить. Опасен угарный газ (CO): он прочно связывается с гемоглобином и блокирует перенос кислорода.

Простыми словами

Хлеб, мясо и масло не могут сразу попасть в клетки — молекулы слишком крупные. Пищеварение — это «разборка» больших молекул на маленькие кирпичики, которые всасываются в кровь и лимфу. Разбирают их ферменты — белки-ускорители пищеварительных соков.

Органы и соки

Сокоотделение изучал И. П. Павлов (Нобелевская премия 1904 г. — за работы по физиологии пищеварения).

Зубы

• Эмаль — самое твёрдое вещество тела, покрывает коронку; дентин — основа зуба; пульпа — мягкая ткань с сосудами и нервами в полости зуба; цемент покрывает корень.
• У взрослого 32 зуба; на каждой челюсти: 4 резца (откусывают), 2 клыка (разрывают), 4 малых коренных и 6 больших коренных (перетирают). Молочных зубов 20.

Всасывание и обмен веществ

Ворсинка тонкой кишки — вырост стенки, покрытый однослойным эпителием; внутри — кровеносные капилляры и лимфатический капилляр. Ворсинки во много раз увеличивают поверхность всасывания.

Кровь от кишечника идёт через печень — там обезвреживаются ядовитые вещества. Обмен веществ = пластический (из простых веществ строятся вещества организма) + энергетический (вещества окисляются с выделением энергии, конечные продукты — CO₂, вода, мочевина).

где $Б$, $Ж$, $У$ — масса белков, жиров и углеводов в граммах; 1 г белков даёт 4 ккал, 1 г жиров — 9 ккал, 1 г углеводов — 4 ккал.

Витамины и гигиена

Гигиена: чистить зубы дважды в день и полоскать рот после еды, мыть руки, овощи и фрукты, есть в одно и то же время. Консервы во вздутых банках есть нельзя: в них может быть возбудитель ботулизма, выделяющий сильнейший яд.

Ферменты, регуляция и витамины

• Ферменты — белки, ускоряющие химические реакции в организме. Ферменты пищеварительных соков лучше всего работают при температуре тела, около 37 °C. Ферменты слюны действуют в слабощелочной среде, пепсин — в кислой.
• Желудок не переваривает сам себя: его стенка защищена слоем слизи.
• Желудочный сок начинает выделяться ещё до попадания пищи в желудок — при виде и запахе еды (условный рефлекс, опыты И. П. Павлова с мнимым кормлением).
• Желчь дробит жиры на мельчайшие капельки (эмульгирует), облегчая работу ферментов.
• Расщепление и всасывание питательных веществ в основном идёт в тонкой кишке; кровь от кишечника несёт их сначала в печень.
• Витамины — биологически активные вещества, необходимые в очень малых количествах. Авитаминоз — заболевание из-за отсутствия витамина в пище. Витамин C много в шиповнике, чёрной смородине, лимоне; при долгой варке он разрушается.

Простыми словами

В клетках постоянно образуются «отходы» обмена веществ — углекислый газ, лишняя вода, соли, ядовитые азотистые вещества (мочевина). Если их не удалять, организм отравится. Главный «фильтр» — почки; помогают лёгкие (CO₂ и вода), кожа (вода, соли, мочевина с потом) и кишечник.

Почка и нефрон

Почки лежат в брюшной полости по бокам поясничного отдела позвоночника, имеют бобовидную форму. В разрезе: снаружи корковое вещество, глубже — мозговое вещество (пирамиды), в центре — почечная лоханка, из неё выходит мочеточник.

Нефрон — структурная и функциональная единица почки (в каждой почке около миллиона нефронов):

Строение кожи

В коже под действием солнца (ультрафиолета) образуется витамин D.

Терморегуляция

Гигиена и первая помощь

• Закаливание — постепенное, систематическое приучение к холоду (обтирания, воздушные ванны); начинать постепенно и не прерывать.
• Ожог: охладить место холодной водой 10–20 мин, наложить чистую повязку; пузыри не вскрывать, жиром не мазать.
• Обморожение: в тёплое помещение, тёплое питьё; снегом не растирать (царапины, инфекция).
• Тепловой и солнечный удар: в тень, прохладу, холод на голову, питьё.

Подробности строения

• Нефрон начинается капсулой с клубочком капилляров, продолжается извитыми канальцами и петлёй; моча из нефронов стекает в собирательные трубочки, а из них — в почечную лоханку. Накапливается моча в мочевом пузыре.
• Первичная моча отличается от плазмы тем, что в ней нет белков. В сутки её образуется около 150 л, а вторичной — около 1,5 л: большая часть воды и нужные вещества всасываются обратно в кровь. При недостатке воды в организме она задерживается, и мочи образуется меньше; при обильном питье её объём увеличивается.
• Кроме почек, продукты обмена удаляют кожа (пот), лёгкие (CO₂, пары воды) и кишечник.

Простыми словами

Нервная система — «интернет» организма: датчики-рецепторы сообщают, что происходит, мозг решает, а мышцы и железы выполняют. Вся её работа построена на рефлексах — ответах организма на раздражение при участии нервной системы.

Нейрон

По коротким ветвящимся дендритам импульс идёт к телу клетки, по единственному длинному аксону — от него. Миелиновая оболочка ускоряет проведение импульса и изолирует волокно. Место контакта двух нейронов (или нейрона и мышцы) — синапс.

Серое вещество образовано телами нейронов, белое — их отростками (покрытыми миелином). Нерв — пучок отростков нейронов.

Рефлекторная дуга

1. Рецептор воспринимает раздражение (в рефлексе отдёргивания руки — болевые и тепловые рецепторы кожи).
2. Чувствительный нейрон несёт импульс в ЦНС (тело — в спинномозговом узле).
3. Вставочный нейрон в ЦНС передаёт и обрабатывает сигнал.
4. Двигательный нейрон несёт команду к органу.
5. Рабочий орган — мышца или железа; им дуга заканчивается.

Спинной мозг

Лежит в канале позвоночника. В центре — серое вещество в форме бабочки, вокруг — белое. По середине проходит центральный канал, заполненный спинномозговой жидкостью. От спинного мозга отходит 31 пара спинномозговых нервов.

Головной мозг

Продолговатый мозг, мост и средний — это ствол мозга. Кора больших полушарий — слой серого вещества с бороздами и извилинами.

Детали строения

• Нервная ткань обладает возбудимостью и проводимостью. Нервный импульс — волна возбуждения, бегущая по нервному волокну. Зрелые нейроны, как правило, не делятся.
• Синапс — место контакта нейрона с другим нейроном, мышечным волокном или клеткой железы. Нервный узел — скопление тел нейронов вне ЦНС. Нервный центр — группа нейронов мозга, управляющих одной функцией.
• Обратная связь: от рабочего органа в мозг идут сигналы о результате действия, и мозг может его поправить.
• Спинной мозг: от него отходит 31 пара смешанных спинномозговых нервов. Задние корешки — чувствительные (их перерезка лишает чувствительности), передние — двигательные; тела двигательных нейронов лежат в передних рогах серого вещества.
• Мозжечок состоит из двух полушарий, соединённых червём; при его повреждении движения становятся неточными. Средний мозг замыкает рефлекс сужения зрачка на яркий свет.
• Большие полушария составляют около 80 % массы головного мозга; снаружи покрыты корой из серого вещества, борозды и извилины увеличивают её площадь. Мозг защищён костями черепа и мозговыми оболочками.

Борозды коры и перекрёст

Лобную долю от теменной отделяет центральная борозда, височную от лобной и теменной — боковая. Перед центральной бороздой, в передней центральной извилине лобной доли, — двигательная зона; за ней, в теменной доле, — зона кожно-мышечной чувствительности. Около слуховой зоны височной доли лежат обонятельная и вкусовая.

Двигательная зона левого полушария управляет мышцами правой половины тела, и наоборот: нервные пути перекрещиваются.

Простыми словами

Глаз не «видит», а ухо не «слышит» — они лишь превращают свет и звук в нервные импульсы. Видим и слышим мы мозгом. Вся цепочка от датчика до мозга называется анализатором; понятие ввёл И. П. Павлов.

Ощущение возникает в зоне коры: если она повреждена, человек ничего не почувствует, хотя рецептор работает. Рецепторы обладают высокой чувствительностью (отвечают на слабые раздражения) и способны привыкать (адаптация): запах духов через время перестаёт ощущаться. Ошибочное восприятие — иллюзия.

Глаз

Жёлтое пятно — место наилучшего видения (больше всего колбочек). Слепое пятно — место выхода зрительного нерва, рецепторов нет. На сетчатке изображение уменьшенное и перевёрнутое; мозг «переворачивает» его. Вспомогательный аппарат: брови, веки, ресницы, слёзные железы, глазные мышцы.

Близорукость и дальнозоркость

Ухо, слух и равновесие

Путь звука: ушная раковина → слуховой проход → барабанная перепонка → молоточек → наковальня → стремечко → жидкость улитки → рецепторы → слуховой нерв → кора.

Обоняние, вкус, осязание

Гигиена и частые вопросы

• Роговица прозрачна и не имеет сосудов, её питают слёзная и внутриглазная жидкости. Радужка с мышцами регулирует количество света, входящего в глаз; в темноте зрачок расширяется, на свету — сужается.
• С возрастом хрусталик теряет упругость — развивается возрастная дальнозоркость. Дальтонизм — неспособность различать некоторые цвета.
• Барабанная перепонка — граница наружного и среднего уха. Ушная сера задерживает пыль и микробов; ковырять в ухе острыми предметами нельзя — можно повредить перепонку.
• При взлёте самолёта полезно глотать или зевать: так открывается слуховая труба и давление выравнивается. При насморке инфекция может по слуховой трубе попасть в среднее ухо (отит).
• Громкий шум снижает слух и утомляет нервную систему.
• После быстрого кружения голова «плывёт»: жидкость в полукружных каналах продолжает двигаться и раздражает рецепторы. Рецепторы вестибулярного аппарата воспринимают положение и движение тела.
• Вкусовые рецепторы воспринимают только растворённые вещества (поэтому сухой язык вкуса почти не чувствует). Боль предупреждает организм об опасности.

Простыми словами

Организм управляется двумя «почтами». Нервная система — быстрый телеграф: сигнал по нервам за доли секунды. Эндокринная — обычная почта: гормоны разносятся кровью медленнее, но действуют долго (рост, обмен веществ, созревание).

Железы и гормоны

Размножение и развитие человека

Половые клетки: мужские — сперматозоиды (образуются в семенниках), женские — яйцеклетки (в яичниках). Оплодотворение — слияние сперматозоида с яйцеклеткой, обычно в маточной трубе; образуется зигота.

Зародыш прикрепляется к стенке матки. Через плаценту (связана с плодом пуповиной) он получает от матери питательные вещества и кислород и отдаёт продукты обмена; кровь матери и плода не смешивается. Алкоголь, никотин и многие лекарства проходят через плаценту и вредят плоду.

Высшая нервная деятельность

Учение о высшей нервной деятельности (ВНД) создал И. П. Павлов; основы рефлекторной теории заложил И. М. Сеченов.

Сон, память, привычки

• Сон — восстановление работы мозга; фазы медленного и быстрого сна (в быстром — сновидения). Школьнику нужно спать 8–9 часов.
• Память: кратковременная и долговременная; запоминание лучше при повторении и понимании.
• Режим дня — чередование умственной работы, движения и отдыха — предупреждает утомление.
• Никотин сначала возбуждает нервную систему, а затем угнетает её; алкоголь и наркотики разрушают нейроны и вызывают зависимость.

Торможение и сигнальные системы

• Торможение в центральной нервной системе открыл И. М. Сеченов. Если условный рефлекс не подкреплять, он угасает — это внутреннее (условное) торможение.
• Динамический стереотип — система привычных действий, выполняемых в определённом порядке (утренние сборы, навыки письма). Он облегчает работу мозга.
• Первая сигнальная система — сигналы от самих предметов и явлений (вид, звук, запах); есть у животных и человека. Вторая сигнальная система — слово, речь; есть только у человека.
• Внимание — сосредоточенность сознания на определённом объекте. Память — способность запоминать, хранить и воспроизводить сведения; долговременная хранит их годами.
• Работой гипофиза управляет промежуточный мозг (гипоталамус) — так нервная и гуморальная регуляция связаны между собой.
• Зигота, как и все клетки тела человека (кроме половых), содержит 46 хромосом; половые клетки — 23.
• Алкоголь нарушает работу коры больших полушарий; без сна нервные клетки не восстанавливаются, поэтому учить ночь напролёт перед экзаменом бесполезно.

Простыми словами

Амёба делает всё одна, а у многоклеточного животного клетки «разделили труд»: одни покрывают тело, другие сокращаются, третьи проводят сигналы. Из клеток строятся ткани, из тканей — органы, из органов — системы.

Клетка животного

В клетке есть мембрана, цитоплазма, ядро, митохондрии, рибосомы, лизосомы, клеточный центр.

Ткани

Ткань — группа клеток, сходных по строению и функции, вместе с межклеточным веществом.

Зародышевые листки

У зародыша на стадии гаструлы появляются слои клеток — зародышевые листки. У кишечнополостных их два, у плоских червей и всех более сложных животных — три.

Симметрия и полость тела

• Нет полости тела — промежутки между органами заполнены паренхимой: плоские черви. У кишечнополостных полости тела нет, внутри — кишечная полость.
• Первичная — без собственной выстилки, заполнена жидкостью: круглые черви.
• Вторичная (целом) — выстлана эпителием мезодермального происхождения: кольчатые черви (дождевой червь), моллюски, хордовые. У членистоногих — смешанная.

Жидкость полости тела у червей служит гидроскелетом и переносит вещества.

Органы и системы

Орган — часть тела определённой формы, образованная несколькими тканями. Органы, вместе выполняющие общую работу, — система органов.

Ещё о клетках и тканях

• Животные — гетеротрофы: питаются готовыми органическими веществами. Энергию клетка получает при дыхании в митохондриях. Хлоропластов у животных нет.
• Многослойный эпителий кожи обновляется: нижние клетки непрерывно делятся, верхние отмирают и слущиваются. Мерцательный эпителий дыхательных путей ресничками выводит наружу слизь с пылью. Железистый эпителий образует, например, клетки млечных желёз коровы, выделяющие молоко.
• У членистоногих покровный эпителий выделяет прочную хитиновую кутикулу.
• Главное свойство мышечной ткани — сократимость. Под кожей червей лежат кольцевые и продольные мышцы: попеременно сокращаясь, они двигают тело.
• Нерв — пучок отростков нейронов, покрытый оболочкой; нервный узел (ганглий) — скопление тел нейронов. Нервная система воспринимает раздражения и управляет работой органов.
• У губок клетки специализированы, но настоящих тканей нет. У кишечнополостных есть стрекательные клетки для нападения и защиты; пища переваривается в кишечной полости.

Простыми словами

Все животные решают одни и те же задачи: держать форму, двигаться, добывать пищу, получать кислород, разносить вещества и удалять отходы. Но решают по-разному: амёба — всей клеткой, червь — простыми трубочками, позвоночные — сложными органами. Здесь — сравнительная «таблица эволюции» систем органов.

Опора и движение

У птиц кости полые и лёгкие, на грудине — киль. У лягушки нет рёбер. У млекопитающих в шейном отделе почти всегда 7 позвонков (и у жирафа, и у мыши).

Питание и пищеварение

• Внутриклеточное — в пищеварительных вакуолях: простейшие, губки.
• Гидра: пища переваривается сначала в кишечной полости, затем в клетках; рот служит и для удаления остатков.
• Плоские черви: кишечник слепо замкнут, анального отверстия нет; у ленточных червей кишечника нет вовсе.
• Сквозной кишечник с анальным отверстием впервые — у круглых червей.
• У земноводных, пресмыкающихся и птиц кишечник открывается в клоаку. У птиц нет зубов, есть зоб, железистый и мускульный желудок. У жвачных желудок четырёхкамерный: рубец, сетка, книжка, сычуг.

Насекомые: грызущий ротовой аппарат — откусывают и пережёвывают твёрдую пищу; колюще-сосущий — прокалывают покровы и высасывают кровь или сок.

Дыхание

Двойное дыхание птиц: воздух проходит через лёгкие и на вдохе, и на выдохе, так как его запас — в воздушных мешках. В полёте птица дышит за счёт взмахов крыльев, которые сжимают и растягивают мешки.

Кровообращение

Кровеносной системы нет у простейших, губок, кишечнополостных, плоских и круглых червей. Впервые она появляется у кольчатых червей и у них замкнутая. У моллюсков и членистоногих — незамкнутая: гемолимфа изливается в полость тела; сердце насекомого — трубка на спинной стороне тела.

Выделение и признаки групп

Утконос и ехидна — однопроходные (клоачные) млекопитающие: у них есть клоака, и они откладывают яйца.

Дополнения по системам органов

• Ротовые аппараты насекомых: сосущий хоботок бабочки (всасывает нектар, в покое свёрнут), лижущий у комнатной мухи (слизывает жидкую пищу мягкой подушечкой), грызущий и колюще-сосущий.
• Двустворчатые моллюски (беззубка, мидия) — фильтраторы: отфильтровывают мелкие частицы из воды. Морской гребешок плавает, резко захлопывая створки; улитка ползёт на мускулистой ноге.
• У жвачных проглоченная трава сначала попадает в рубец, где её расщепляют бактерии. У зерноядных птиц (голубь) твёрдую пищу перетирает мускульный желудок с проглоченными камешками. Крупнейшая пищеварительная железа позвоночных — печень.
• Лягушка заглатывает воздух, поднимая и опуская дно ротовой полости (диафрагмы у неё нет). Лёгкие млекопитающих состоят из множества альвеол, оплетённых капиллярами.
• У дождевого червя кровь гонят утолщённые кольцевые сосуды («сердца»), у ланцетника сердца нет — кровь движется сокращениями брюшной аорты. Гемолимфа — жидкость, заменяющая кровь при незамкнутой кровеносной системе.
• У птиц нет мочевого пузыря — это облегчает тело в полёте. У простейших и кишечнополостных продукты обмена выводятся через поверхность тела в воду.

Простыми словами

Чем сложнее животное, тем сложнее его «оболочка», «система управления» и способы растить потомство. Гидра отвечает на укол, сжимаясь всем телом, а собака может научиться ждать еду по звонку. Тема — о том, как эти системы усложнялись от простейших до млекопитающих.

Покровы тела

Покровы отделяют организм от среды, защищают его и участвуют в обмене веществ.

Нервная система и органы чувств

Одноклеточные нервной системы не имеют и отвечают таксисами — движением к раздражителю (положительный) или от него (отрицательный).

Органы чувств: светочувствительный глазок эвглены; фасеточные глаза насекомых и ракообразных; усики — обоняние и осязание насекомых; боковая линия рыб и головастиков — направление и сила течения воды; среднее ухо и веки впервые — у земноводных; ушная раковина и вибриссы — только у млекопитающих. Летучие мыши находят добычу в темноте эхолокацией — по отражённому ультразвуку.

Гормоны и поведение

Гуморальная регуляция — с помощью гормонов, которые разносятся кровью или гемолимфой; медленнее нервной, но дольше. Гормоны выделяют железы внутренней секреции прямо в кровь (гипофиз, щитовидная, надпочечники); у железы внешней секреции есть протоки (слюнные, потовые). Гормоны управляют линькой и превращением насекомых; гормон щитовидной железы нужен для превращения головастика в лягушку.

Формы поведения: пищевое, оборонительное, брачное, забота о потомстве; общение звуками, позами, запахами (феромонами), «танцами» пчёл.

Размножение и развитие

В птичьем яйце собственно яйцеклетка — желток с зародышевым диском; белок и скорлупа — оболочки.

Зародышевое развитие: зигота → дробление (ряд быстрых делений) → бластула (однослойный полый шарик) → гаструла (двуслойный зародыш) → закладка органов.

Забота о потомстве: строительство гнёзд, насиживание, выкармливание молоком у млекопитающих. Птицы бывают выводковыми (курица, утка) и птенцовыми (деревенская ласточка, скворец). Кукушка не строит гнёзд — подкладывает яйца в гнёзда других птиц.

Размножение и забота: примеры

• Половой диморфизм — внешние различия самцов и самок (окраска селезня кряквы ярче, чем у утки).
• Икра рыб и земноводных покрыта студенистой оболочкой; яйца пресмыкающихся — мягкой кожистой оболочкой, яйца птиц — известковой скорлупой. Мальки первые дни питаются запасами желточного мешка.
• Развитие с превращением (метаморфозом) выгодно: личинки и взрослые живут по-разному и не конкурируют за пищу и место (гусеница капустной белянки и бабочка). У саранчи и кузнечика — неполное превращение.
• У рака оторванная клешня отрастает заново за несколько линек — это регенерация.
• Забота о потомстве: самец колюшки строит гнездо и охраняет икру и мальков; у пчёл о личинках заботятся рабочие пчёлы; детёныш кенгуру донашивается в сумке на брюхе матери; утконос откладывает яйца, но выкармливает детёнышей молоком. Общий признак млекопитающих — вскармливание детёнышей молоком.
• Чем сильнее забота о потомстве, тем меньше потомков: рыбы без заботы мечут тысячи икринок, и большая часть икры и мальков погибает.

Летучие мыши и дельфины ориентируются с помощью эхолокации; «танец» пчелы сообщает направление и расстояние до корма; адреналин готовит организм к оборонительному поведению.