初中教材中涉及到的幾種生物氣體交換的方式

張海軍

(甘肅省華亭市第三中學(xué) 華亭 744100)

人教版初中生物學(xué)教材中涉及到的不同種類生物的氣體交換方式主要有六類。

1 通過細(xì)胞膜的表膜進(jìn)行氣體交換

單細(xì)胞原生動(dòng)物(如草履蟲、眼蟲、變形蟲、瘧原蟲等)是最原始、最簡(jiǎn)單、最低等的動(dòng)物。它們的主要特征是由單個(gè)細(xì)胞構(gòu)成，沒有特殊的呼吸器官，由體表的表膜吸取水中的氧氣，將新陳代謝產(chǎn)生的二氧化碳通過擴(kuò)散作用排出體外，依靠體表完成氣體交換。

腔腸動(dòng)物又稱刺胞動(dòng)物，如水母、水螅、珊瑚蟲等沒有專門的呼吸及排泄器官，主要依靠細(xì)胞表面從水中獲得氧氣并把二氧化碳等廢物直接排入水中，或者排入消化循環(huán)腔內(nèi)，由口排出。

2 通過濕潤(rùn)的體壁進(jìn)行氣體交換

屬于環(huán)節(jié)動(dòng)物的蚯蚓，體壁可以分泌黏液，使體表保持濕潤(rùn)。蚯蚓體壁密布毛細(xì)血管，氧氣可以溶于體表的黏液里，然后進(jìn)入體壁的血管中，體內(nèi)的二氧化碳也經(jīng)體壁的毛細(xì)血管由體表排出。

3 通過鰓進(jìn)行氣體交換

軟體動(dòng)物如河蚌、扇貝、縊蟶，這些雙貝殼類動(dòng)物可以用足緩慢地運(yùn)動(dòng)，通過身體后端的入水管吸入水，水流經(jīng)身體一些器官后，再通過出水管排出體外。在吸入和排出水的過程中，攝取水中的食物顆粒并排出未消化的殘?jiān)?，同時(shí)利用鰓與水流進(jìn)行氣體交換。

對(duì)于絕大多數(shù)軟體動(dòng)物而言，水生種類用鰓呼吸，鰓的形態(tài)各異，根據(jù)其外形特點(diǎn)有盾鰓、櫛鰓、瓣鰓、絲鰓等多種類型。有的本鰓消失，又在背側(cè)皮膚表面生出次生鰓，也有的種類無鰓。鰓成對(duì)或?yàn)閱蝹€(gè)，數(shù)目不一。陸生種類無鰓，其外套腔內(nèi)部一定區(qū)域的微細(xì)血管密集成網(wǎng)，形成肺，可直接攝取空氣中的氧，這也是對(duì)陸地生活的一種適應(yīng)。

魚類除用鰓呼吸外，還有輔助呼吸的方式，如腸呼吸、皮膚呼吸、口腔呼吸、褶鰓呼吸、鰾呼吸等。軟骨魚用鰓呼吸,大多數(shù)生活在海中。硬骨魚呼吸系統(tǒng)與軟骨魚相似，但硬骨魚的鰓間隔退化，絲狀的鰓瓣直接著生在魚的鰓弓上。鰓的主要部分是鰓絲，鰓絲中密布毛細(xì)血管。當(dāng)魚的口和鰓蓋后緣交替張合時(shí)，水從口流進(jìn)，經(jīng)過鰓絲時(shí)，溶解在水中的氧就滲入鰓絲中的毛細(xì)血管里；而血液中的二氧化碳就從毛細(xì)血管滲出，排到水中，隨水從鰓蓋后緣排出體外。鰓是水生動(dòng)物的最有效的呼吸器官，它可以擴(kuò)大呼吸表面，鰓絲中的毛細(xì)血管血流方向和水流方向相反。這種逆向流動(dòng)能高效地既帶來氧又帶走二氧化碳，有利于氣體交換。

4 通過鰓、書鰓，書肺、氣管、氣管鰓以及體表氣門進(jìn)行氣體交換

節(jié)肢動(dòng)物是無脊椎動(dòng)物中唯一真正適應(yīng)陸生生活的動(dòng)物，其分布十分廣泛，從5 500 m深的海底到6 000 m的高山都有它的身影，甚至有些出現(xiàn)了可以飛翔的翅。節(jié)肢動(dòng)物的呼吸方式有很多種。

低等的小型甲殼動(dòng)物(如水蚤)通過體壁進(jìn)行呼吸；水生甲殼動(dòng)物(如蝦、蟹)在足的基部由體壁向外突起薄膜狀的結(jié)構(gòu)，充滿毛細(xì)血管通過鰓進(jìn)行呼吸；水生種類鱟由足基部體壁向外突起折疊成書頁(yè)狀，有血管分布通過書鰓進(jìn)行呼吸；陸生的節(jié)肢動(dòng)物蜘蛛、蝎由體壁向內(nèi)凹陷折疊成書頁(yè)狀，通過書肺進(jìn)行呼吸，當(dāng)血液流過書肺時(shí)，與這里的空氣進(jìn)行氣體交換，吸收氧氣，同時(shí)排出二氧化碳、完成呼吸過程；陸生的節(jié)肢動(dòng)物昆蟲馬陸、蜈蚣等由體壁內(nèi)陷形成分支的管狀結(jié)構(gòu)，通過氣管開口于體表可關(guān)閉的氣門進(jìn)行呼吸，氣管上無毛細(xì)血管分布，直接將氧氣輸送到呼吸組織。

5 通過肺進(jìn)行氣體交換

兩棲類動(dòng)物青蛙、蟾蜍等的幼體生活在水中，通過鰓呼吸，它們的鰓外露且多是肉質(zhì)、呈羽毛狀，且有良好的血液供應(yīng)，便于從水中獲取氧氣；成體生活在水中或陸地上用肺呼吸，具有一對(duì)囊狀的肺，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，呼吸面積小。無胸廓，采用口咽式呼吸。皮膚為輔助的呼吸器官，對(duì)蟄眠的蛙蟾類和鯢螈類來說，皮膚成為代替肺的呼吸器官。

鳥類除具有肺外，并有從肺壁凸出而形成的薄膜氣囊。主要的氣囊有9個(gè)，它們一直伸展到內(nèi)臟間、肌肉間和骨的空腔中。鳥在休息時(shí)，主要靠肋間肌及腹部肌肉的運(yùn)動(dòng)，在肺部進(jìn)行呼吸。當(dāng)飛翔時(shí)，則主要靠胸肌的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行呼吸。鳥體腔內(nèi)由薄膜構(gòu)成的氣囊與肺相通，吸氣時(shí)，吸進(jìn)的空氣一部分在肺內(nèi)進(jìn)行氣體交換，一部分則直接進(jìn)入氣囊；呼氣時(shí)，氣囊內(nèi)的氣體又返回肺內(nèi)進(jìn)行氣體交換。這樣，鳥不論吸氣還是呼氣，肺內(nèi)都有富含氧氣的空氣通過，從而提高氣體交換的效率。這樣，在一次呼吸過程中，肺內(nèi)進(jìn)行了兩次氣體交換，因此叫做雙重呼吸。雙重呼吸提高了氣體交換的效率，保證鳥類高空飛行對(duì)氧氣的充分需要；另外，氣囊可減輕身體比重，有利于減少內(nèi)臟器官間的摩擦和散發(fā)體內(nèi)的熱量。這是鳥類適應(yīng)飛翔生活的一種特殊呼吸方式。近年來的一些研究發(fā)現(xiàn)雙重呼吸同樣存在于某些爬行類身上。

6 通過完整的呼吸系統(tǒng)進(jìn)行氣體交換

哺乳動(dòng)物(如人)呼吸系統(tǒng)十分發(fā)達(dá)，由呼吸道和肺組成。外界的空氣經(jīng)外鼻、咽、喉、氣管、支氣管的處理進(jìn)入肺，在肺里與血液進(jìn)行氣體交換。首先進(jìn)行肺與外界的氣體交換，肺富有彈性，當(dāng)肋間肌和膈肌收縮使得胸腔容積擴(kuò)大時(shí)，肺便擴(kuò)張，肺內(nèi)的氣體壓力相應(yīng)降低，于是外界氣體就被吸入；反之，氣體就被呼出。吸入的氣體到達(dá)支氣管末端形成的肺泡，肺泡外面包繞著豐富的毛細(xì)血管，當(dāng)吸氣時(shí)，許許多多的肺泡就都像小氣球鼓了起來，肺泡中的氧氣透過肺泡壁和毛細(xì)血管壁進(jìn)入血液；同時(shí)血液中的二氧化碳也通過毛細(xì)血管壁和肺泡壁進(jìn)入肺泡，然后隨著呼氣的過程排出體外，進(jìn)入血液中的氧，通過血液循環(huán)輸送到身體各處的組織細(xì)胞里，所以人通過呼吸系統(tǒng)進(jìn)行氣體交換的效率很高。

不同生物由于進(jìn)化程度和呼吸器官組成和形態(tài)結(jié)構(gòu)的不同，其氣體交換能力大小也不同，越是高等的動(dòng)物類群，呼吸器官的結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，氣體交換能力也就越強(qiáng)，給動(dòng)物提供的氧就越多，動(dòng)物體的代謝水平也就越高，適應(yīng)環(huán)境變化的能力也就越強(qiáng)。動(dòng)物氣體交換大致經(jīng)歷了這樣的進(jìn)化過程： 表膜擴(kuò)散、皮膚擴(kuò)散呼吸、咽式呼吸、鰓呼吸、鰓肺兼?zhèn)?、肺呼吸和完善的呼吸系統(tǒng)進(jìn)行呼吸。