НАРУЖНЫЕ ЗАПАСЫ КИСЛОРОДА

  Многие водные насекомые несут запас воздуха на поверхности своего тела, и их дыхальца открываются в эту воздушную прослойку. Воздух удерживается с помощью несмачиваемых поверхностей, часто снабженных гидрофобными волосками. Взрослые жуки-плавунцы (Dytiscus) имеют большое воздушное пространство под крыльями; когда жук устанавливает контакт с водной поверхностью, это пространство вентилируется, а при погружении оно служит газовым резервуаром, в который открываются дыхальца. Аналогичный способ использует клоп-гладыш (Notonec- ta), который имеет запас воздуха на вентральной поверхности брюшка. Довольно большой воздушный пузырек придает клопу положительную плавучесть, так что ему приходится энергична плыть, чтобы удалиться от поверхности, и прицепляться к растениям или другим твердым объектам, чтобы оставаться под водой.
С помощью простого эксперимента можно показать, что воздушный пузырек нужен гладышу для дыхания и не имеет отношения к проблеме плавучести, Если клопа держать погруженным в воду, которая находится в равновесии не с воздухом, а с чистым азотом, он проживет всего лишь 5 минут. Если его держать в воде, насыщенной воздухом, он будет жить 6 часов. Если же его поместить в воду, находящуюся в равновесии с 100% 02 вместо воздуха, и перед погружением позволить ему наполнить свое воздушное пространство кислородом, он проживет всего лишь 35 минут (E.ge, 1915). Этот кажущийся парадокс проистекает из того, что пузырек служит двум целям: он содержит запас кислорода, который постепенно используется, и, кроме того, он играет роль диффузионной жабры, в которую кислород должен диффундировать из окружающей среды.
Посмотрим, что происходит в каждом случае. В первом опыте насекомому позволяют погрузиться с пузырьком атмосферного воздуха в воду, лишенную кислорода. Кислород из пузырька исчезает, потому что часть его используется организмом и еще большая часть быстро диффундирует в окружающую воду, не содержащую 02, так что через 5 минут кислорода больше не остается.
Во втором опыте насекомое также уносит с собой пузырек воздуха. Через некоторое время в результате потребления насекомым кислорода его содержание в пузырьке снизится, скажем, до 5%, тогда как содержание С02 увеличится до 1%. Остальной газ в пузырьке (94%)—азот. Поскольку парциальное давление 02 в пузырьке теперь меньше, чем в воде, кислород будет диффундировать из воды в пузырек. С другой стороны, азота в пузырьке 94°/оgt;.

а вода уравновешена нормальной атмосферой с 79% азота. Значит, парциальное давление азота в пузырьке выше, чем в воде; поэтому азот будет диффундировать наружу, объем пузырька постепенно будет уменьшаться, и в конце концов пузырек исчезнет (в описанном опыте он просуществовал 6 часов).
В третьем опыте и пузырек, и вода содержат только кислород. Пузырек уменьшается в соответствии с тем, как насекомое расходует кислород. Хотя вода насыщена кислородом, это не помогает, так как парциальные давления Ог в пузырьке и в воде одинаковы и добавочный кислород из воды не диффундирует. Поэтому пузырек исчезает намного раньше, чем при наличии также и азота, как во втором опыте.

Пузырек воздуха обладает одним невыгодным свойством: время его существования зависит от глубины, на которую опустилось насекомое. С увеличением глубины общее давление внутри пузырька возрастает, тогда как парциальные давления газов, растворенных в воде, остаются неизменными; поэтому пузырек исчезает быстрее. С каждым метром глубины парциальное давление азота в пузырьке увеличивается, и это ускоряет его диффузию в толщу воды.
На глубине 10 м общее давление погруженной массы воздуха равно 2 атм. При таком давлении газ быстро переходит в воду, поэтому на столь большой глубине воздушная масса может функционировать лишь очень короткое время. Поэтому насекомые, уносящие с собой пузырьки воздуха, могут погружаться лишь на ограниченную глубину. Они должны очень часто возвращаться на поверхность для обновления воздуха, и расстояние, которое им приходится преодолевать, требует дополнительной работы и расхода кислорода; общее время, проводимое на дне, должно быть коротким.
Для насекомого, которое использует пузырек воздуха как диффузионную жабру, общее количество доступного кислорода намного превышает исходный запас, содержавшийся в пузырьке при погружении. Азот выходит из пузырька медленнее, чем входит внутрь кислород, — главным образом потому, что из-за своей меньшей растворимости азот диффундирует между воздухом и водой вдвое медленнее, чем кислород. Благодаря начальному запасу азота воздушная масса существует настолько долго, что насекомое получает путем диффузии из окружающей воды в восемь раз больше кислорода, чем его первоначально содержалось в пузырьке. Это отношение 8 : 1 имеет место всегда — независимо от интенсивности метаболизма у насекомого, величины газообменной поверхности, начального объема воздушной массы и толщины пограничного слоя воды (в котором на количество доступного кислорода не будет влиять турбулентность или активная вентиляция) (Rahn, Paganelli, 1968).
ПЛАСТРОН
Другой тип дыхательного устройства — это пластрон. У дышащих с помощью пластрона насекомых часть поверхности тела густо покрыта гидрофобными волосками, которые создают несма- чиваемую поверхность, удерживающую воздух. Это приспособление позволяет насекомому оставаться под водой неограниченное время. У клопа Aphelocheirus на каждом квадратном миллиметре поверхности пластрона имеется по 2 миллиона волосков длиной 5 мкм (Thorpe, Crisp, 1947). Насекомые, дышащие с помощью пластрона, имеют огромное преимущество перед теми, которые уносят с собой в качестве диффузионной жабры одиночный пузырек, так как вода не может проникать между гидрофобными волосками. В результате пластрон работает как несжимаемая жабра, в которую из воды диффундирует кислород. Поскольку объем остается постоянным, результирующая диффузия азота в такой жабре должна быть равна нулю и общее давление газа в воздушном слое должно быть отрицательным по отношению к напряжениям газов в окружающей воде. Это возможно благодаря тому, что поверхностная пленка воды подпирается гидрофобными волосками, и чтобы загнать воду в воздушные пространства между ними, требуется давление в 3,5—5 атм.

Еще по теме НАРУЖНЫЕ ЗАПАСЫ КИСЛОРОДА:

1. ПРЕВРАЩЕНИЯ КИСЛОРОДА
2. ЗАПАСЫ УГЛЕРОДА В ТОРФЯНЫХ ЗАЛЕЖАХ ТОМСКОЙ ОБЛАСТИ
3. ИЗОТОПЫ КИСЛОРОДА
4. Содержание кислорода
5. ВОДОРОД И КИСЛОРОД (вода)
6. НАРУЖНЫЕ ПОКРОВЫ
7. ДВУОКИСЬ УГЛЕРОДА И КИСЛОРОД
8. ЗАПАСЫ И ПРОДУКЦИЯ ДРЕВЕСНОГО ЯРУСАКИРСАНОВСКОГО БОЛОТА Е. А. Головацкая, М. В. Волознева, Е. В. Порохина
9. 14.1. Наружные покровы
10. Наружный осмотр трупа на месте происшествия.
11. ЗАПАСЫ СЫРЬЯ БАГУЛЬНИКА БОЛОТНОГО НА ТЕРРИТОРИИ ГАССИНСКОГО МОДЕЛЬНОГО ЛЕСА (ХАБАРОВСКИЙ КРАЙ)
12. V.3. ПОТЕРИ АЭРОИОНОВ НАРУЖНОГО ВОЗДУХА В ВЕНТИЛЯЦИОННЫХ ВОЗДУХОВОДАХ
13. ТРАВМЫ НАРУЖНЫХ ПОЛОВЫХ ОРГАНОВ
14. ТРАВМЫ НАРУЖНЫХ ПОЛОВЫХ ОРГАНОВ
15. ПРЕВРАЩЕНИЯ СОЕДИНЕНИИ УГЛЕРОДАИ КРУГОВОРОТ КИСЛОРОДА
16. Биомасса, продуктивность, глобальный круговорот углерода Запасы биомассы
17. ВСЕ МЫ ВЫШЛИ ИЗ ЯЙЦА
18. 9.6. ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ АДАПТАЦИИ К НЫРЯНИЮ
19. Глава XV МИГРАЦИЯ И АККУМУЛЯЦИЯ ФОСФАТОВ В ПОЧВАХ
20. Газовая фаза почвы