как птенец дышит в яйце

15.04.202215.04.2022 admin 0 Comments

Как дышит птенец внутри яйца и куда девается углекислый газ

Подобно людям, младенцы животных, которые растут в утробе своих матерей, получают все необходимое для развития, в том числе кислород, через пуповину. Однако когда речь идет о птицах, которые растут внутри яйца, возникает вопрос, как они дышат.

Яйцо полностью лишено каких-либо видимых отверстий и полностью закрыто от внешнего мира, но при этом птенец получает жизненно необходимый кислород. Кроме того, накопленный углекислый газ, способен выходить наружу. Как это происходит?

Воздушный мешок

Конституция яйца такова, что оно не только защищает птенца внутри, но и заботится о его основных биологических потребностях, пока он не станет достаточно большим для вылупления. Это возможно благодаря двум оболочкам, которые находятся под скорлупой.

Когда курица откладывает яйцо, оно имеет температуру, выше окружающей среды. Когда оно постепенно охлаждается, материал внутри яйца слегка сжиматься, отступая от стен. Это в свою очередь приводит к тому, что две мембраны, которые сначала были склеены, также отделяются, создавая небольшой карман воздуха или «воздушный мешок».

Обмен газами

Конечно, кислород в этом мешке заканчивается и нуждается в пополнении. Кроме того, углекислый газ, выделяемый птенцом как побочный продукт, также должен выйти из яйца.

Этот процесс осуществляется с помощью диффузии. Дело в том, что скорлупа яиц содержит очень крошечные поры на своей поверхности. К примеру, 60-граммовое куриное яйцо имеет почти 10 000 маленьких отверстий.

Именно они приходят на помощь птенцу, когда кислород в воздушном мешке заканчивается. Через эти крошечные поры происходит обмен газами – внутрь яйца попадает свежий воздух, одновременно углекислый газ выходит наружу. Они также помогают с водным обменом.

Интересные факты о куриных яйцах

Источник

Птицы материков, рек, озер, морей и побережий

Как дышат яйца птиц

Серый журавль. Птица 2020 года в России

___________________

Реклама:

Газообмен обычно ассоциируется с периодическим вдыханием подвижной среды (воздуха или воды), в составе которой к капиллярам легких или жабр доставляется кислород и при каждом выдохе уносится двуокись углерода. Скорость движения среды через жабры и лёгкие зависит от интенсивности работы специальных мышц, находящихся под контролем нервной системы, и определяющейся метаболическими потребностями организма. Однако для яиц птиц и других животных (например, насекомых, паукообразных, амфибий и рептилий) дыхательные движения не характерны; в них отсутствуют потоки воздуха, которые могли бы доставлять кислород к капиллярам зародыша. Тем не менее, яйца птиц «дышат», и «дыхание» это осуществляется за счёт диффузии газов через тысячи микроскопических пор в скорлупе.

Движение газов через поры описывается законами пассивной диффузии: из области с высокой концентрацией молекулы стремятся переместиться в области с низкой концентрацией данного вещества. Диффузия протекает только за счёт кинетической энергии молекул газа и не требует от зародыша непосредственных затрат энергии; более низкая концентрация кислорода внутри яйца заставляет молекулы устремляться внутрь через поры из атмосферы, где парциальное давление этого газа выше. И наоборот, значительное содержание внутри яйца двуокиси углерода приводит к противоположно направленному потоку молекул углекислого газа. Интенсивность процессов диффузии зависит от длины и общей площади сечения пор, а также от разности концентраций диффундирующих газов внутри яйца и в атмосфере.

Концентрация водяных паров в воздушной камере внутри яйца выше, чем снаружи, и молекулы воды (по размеру они меньше молекул кислорода) тоже диффундируют наружу. У животных в процессе эволюции выработались многочисленные приспособления для сохранения воды, яйца же птиц выделяют её с контролируемой скоростью. Источником энергии для развивающегося зародыша служат главным образом жиры, запасенные в желтке, а при расщеплении каждого грамма жира высвобождается почти такое же количество воды. Поэтому если вода не будет выводиться из яйца, её относительное содержание в ходе инкубации возрастёт. Для того чтобы относительное содержание воды в момент вылупления было равно содержанию её в только что отложенном яйце, в виде водяных паров должно теряться около 15% исходной массы яйца. Специалистам по разведению домашней птицы хорошо известно, что потеря такого количества воды необходима для нормального вылупления.

Внутренняя и наружная подскорлуповые оболочки образованы сетью органических волокон. Волокна наружной оболочки связаны с внутренней поверхностью скорлупы через мамиллярные бугорки, которые являются центрами кристаллизации во время формирования скорлупы. Оболочки различаются по диаметру образующих их волокон, по структуре сети и по общей толщине. Внутренняя поверхность внутренней оболочки выстлана тонкой плёнкой, которая представляет собой самостоятельное образование, а не простое продолжение волокон мембраны. Вскоре после откладки яйца пространства между волокнами в оболочках заполняются воздухом.

В пренатальном периоде газообмен осуществляется при посредстве хориоаллантоиса. Яйцо постепенно теряет воду, и, так как скорлупа твёрдая, испарившаяся вода замещается газом, который образует воздушную камеру в тупом конце яйца. Размеры камеры постепенно увеличиваются, и к концу инкубации она занимает уже около 15% объёма яйца. Воздушная камера непосредственно переходит в пространства между волокнами подскорлуповых оболочек. Это можно продемонстрировать следующим образом. Если, поместив яйцо под воду, ввести в камеру воздух под давлением, то на всей поверхности скорлупы в местах выхода пор появятся пузырьки газа. Давление в воздушной камере практически не отличается от давления воздуха в подскорлуповых оболочках, что делает её особенно удобной для взятия проб газа из яйца.

Между парциальными давлениями кислорода в атмосфере ( 154 мм рт. ст.) и в оксигенированной крови в сосудах хориоаллантоиса ( 58 мм рт. ст.) существует перепад примерно в 100 мм рт. ст. Этого давления в 58 мм рт. ст. почти достаточно для насыщения крови кислородом, который затем разносится по всем тканям зародыша. Давление кислорода в венозной крови, возвращающейся от зародыша, равно 22 мм рт. ст. Протекая через хориоаллантоис, она вновь насыщается диффундирующим кислородом, при этом парциальное давление кислорода достигает 58 мм рт. ст. Парциальное давление двуокиси углерода, напротив, падает с 47 мм рт. ст. в венозной крови до 38 мм рт. ст. в оксигенированной.

Определение газовой проводимости от внутренней подскорлуповой оболочки к хориоаллантоису оказалось крайне сложной задачей, так как парциальное давление газа в воздушной камере и в оксигенированной крови необходимо измерять одновременно. Это удалось проделать сотруднику Ямагатского университета X. Тазаве.

Для измерения парциального давления кислорода и двуокиси углерода в яйце Тазава укрепил на скорлупе над воздушной камерой шприц, применяемый для подкожных инъекций и частично заполненный воздухом, контактировавшим с воздухом в воздушной камере. Через несколько часов парциальные давления кислорода и углекислого газа в шприце и в воздушной камере уравнивались. Таким образом, измеряя парциальное давление газов в шприце, можно было определить эти величины и для воздушной камеры. Давление газов в оксигенированной крови Тазава измерял при помощи тонкого пластикового катетера, введенного через сделанное в скорлупе отверстие в сосуд хориоаллантоиса, по которому к зародышу течёт насыщенная кислородом кровь. При определении содержания кислорода и двуокиси углерода пробы воздуха из шприца и крови из сосуда отбирались одновременно.

Если перед специалистом по физиологии дыхания поставить задачу разработать принцип эффективной системы газообмена, он постарается максимально увеличить её проницаемость для кислорода. В яйце же такие чисто респираторные соображения не должны противоречить другим важным для выживания зародыша факторам. В частности, скорлупа должна быть достаточно толстой, чтобы обеспечить механическую защиту зародыша, препятствовать проникновению внутрь бактерий, сохранять жидкие среды яйца и поддерживать необходимое для нормального кислотно-основного равновесия давление двуокиси углерода.

Как отличаются форма и размеры пор в скорлупе крупных и мелких яиц? Для ответа на этот вопрос Сирил Тайлер и К. Симкисс импрегнировали скорлупу разных яиц пластиком. Затем скорлупу растворяли, и получались микроскопические пластиковые слепки пор. Изучение таких слепков показало, что даже в пределах одного вида форма и размер пор заметно варьируют.

Газообмен через скорлупу протекает исключительно путём диффузии. Движение газа через проницаемый барьер за счёт диффузии зависит от хаотического движения молекул газа и разности концентраций диффундирующего вещества по разные стороны барьера. Молекулы газа будут перемещаться из области с высокой концентрацией в область с низкой концентрацией в силу того, что столкновения между ними при высокой концентрации более часты.

В общем, количество газа, диффундирующее в единицу времени через поры в скорлупе, прямо пропорционально площади пор доступных для диффузии и разности концентраций этого газа по обе стороны скорлупы. Вместе с тем скорость диффузии обратно пропорциональна длине диффузионного пути (в данном случае осевой длине поры). Другими словами, проницаемость скорлупы для газов определяется отношением площади просвета поры к её длине. Увеличение вдвое площади сечения пор или разности концентраций газа приведет к удвоению скорости диффузии, тогда как увеличение толщины скорлупы в два раза при неизменных прочих параметрах вдвое уменьшит скорость проникновения газа. Таким образом, если бы удалось измерить поток газа и разделить полученную величину на разность концентраций газа, то можно было бы определить проницаемость скорлупы для этого газа.

Интересно также отметить, что при увеличении на порядок массы яйца длина пор возрастает всего в 2,7 раза. Возможно, такая зависимость объясняется сбалансированностью адаптивных факторов в ходе эволюции. Толщина скорлупы (от которой и зависит длина пор), с одной стороны, определяется тем, что скорлупа должна выдерживать давление заключенного в неё содержимого и насиживающей птицы, но, с другой стороны, ограничена возможностями птенца пробить оболочку при вылуплении. Последний фактор, по-видимому, может служить объяснением нелинейности зависимости толщины скорлупы от размеров яйца.

Структурные характеристики скорлупы (площадь пор и их длина) определяют её проницаемость. Это функциональное свойство можно соотнести с метаболическими потребностями зародыша и с разницей парциальных давлений кислорода по разные стороны скорлупы. Существует количественная связь между этими двумя переменными: разность парциальных давлений равна количеству потребляемого яйцом кислорода, деленному на проницаемость скорлупы для этого газа.

Воспользуемся в качестве примера гипотетическим яйцом, потребляющим в день 10 мл кислорода на 1 мм рт. ст. (т.е. в пересчёте на каждый миллиметр ртутного столба разности парциальных давлений по разные стороны скорлупы через неё диффундирует в день 10 мл кислорода). Если зародыш в яйце потребляет в день 500 мл кислорода, то разность между внутренним и наружным парциальными давлениями должна быть 50 мм рт. ст. Исходя из того, что парциальное давление кислорода в атмосфере близко к 150 мм рт. ст., можно рассчитать, что давление этого газа в воздушной камере (с которой контактирует кровь зародыша) будет равно 100 мм рт. ст., или 14%.

Давления кислорода и двуокиси углерода в воздушной камере яйца перед проколом мембраны практически такие же, как в лёгких взрослых птиц. Следовательно, проницаемость скорлупы для кислорода гарантирует необходимую скорость поступления его в яйцо, которая в свою очередь связана с метаболическими потребностями зародыша непосредственно перед проколом мембраны. Кроме того, проницаемость скорлупы обеспечивает в воздушной камере такое же парциальное давление кислорода и двуокиси углерода, как в лёгких взрослой птицы. А. Висчедэйк из Утрехтского университета предположил, что такие концентрации газов важны для инициации активности птенца при вылуплении и подготавливают его к постнатальному периоду жизни.

Замечательно то, что проницаемость скорлупы очень точно соответствует массе зародыша. В результате конечные концентрации кислорода и двуокиси углерода практически одинаковы в яйцах самых различных размеров. Универсальность схемы функционирования скорлупы как газового проводника впечатляет ещё больше, если учесть, что сроки инкубации яиц могут различаться в пределах от 11 суток (некоторые мелкие виды) до 70 и более суток, как у странствующего альбатроса.

До сих пор подробно не рассматривали закономерности испарения яйцом воды, протекающего равномерно на протяжении всего периода инкубации. Потеря воды не зависит от интенсивности метаболизма зародыша, но является необходимым условием нормального вылупления. Причины этого до конца не ясны, но предполагается, что они имеют отношение к состоянию гидратации тканей зародыша.

Связь количества испаряемой воды с массой яйца впервые установлена Рудольфом Дрентом из Гронингенского университета. Данные, полученные им для 45 видов, свидетельствуют о том, что при увеличении массы яйца в 10 раз количество ежедневно испаряемой воды возрастает в 5,6 раза.

Полости яйца по сути дела насыщены водяными парами, давление которых при общей для большинства видов температуре инкубации (35,6°С) равно 44 мм рт. ст. Для нормального протекания процессов испарения давление водяных паров в гнезде должно поддерживаться на уровне 15 мм рт. ст., что со ответствует относительной влажности 45%. Такая влажность может быть обеспечена только за счёт постоянного проветривания гнезда и притока извне сухого воздуха. Не известно, каким образом птицы определяют влажность в гнезде, но, изменяя своё поведение, они способны регулировать отток водяных паров в окружающую атмосферу. Следовательно, в период инкубации родители выполняют две основные функции: обеспечивают оптимальную температуру яиц и поддерживают в требуемых пределах влажность в гнезде.

Продолжительность эмбрионального развития, или время инкубации, вероятно, детерминирована генетически, а интенсивность метаболизма зародыша должна соответствовать длительности инкубационного периода так, чтобы к концу насиживания (независимо от его продолжительности) зародыш был способен вылупиться и выжить. Отсюда можно заключить, что геометрия пор скорлупы (а следовательно, и проницаемость оболочек яйца для кислорода) связана не только с массой яйца, но и с длительностью инкубации.

Соответствие свойств оболочек яйца потребностям дыхания зародыша не вызывает сомнений, хотя эволюционное развитие этой основной функции и допускало некоторые компромиссы с задачами механической защиты яйца и поддержания водного и кислотно-основного равновесий развивающегося зародыша. Яйца птиц являются идеальной моделью для изучения диффузионного газообмена. Такая модель может оказаться полезной и для анализа более сложных процессов, протекающих в дыхательных путях и лёгких человека.

Автор: Hermann Rahn, Amos Ar

Источник

Дышит ли цыпленок, находящийся в яйце?

Чтобы решить этот вопрос, положите под наседку вместе с обыкновенными яйцами несколько яиц, кругом обмазанных лаком.

Через три недели вы убедитесь в том, что из лакированных яиц цыплята не выклевываются. Разбивши такое яйцо, вы увидите, что там даже и цыпленка нет. Зародыш в таких яйцах начинает развиваться, но скоро погибает, и погибает вследствие задушения. Зародыш так же нуждается в кислороде, как и родившаяся птица; другими словами, он дышит, и дыхание это в самом начале развития идет на счет того воздуха, который находится в пустоте у тупого конца яйца. Но скоро этот воздух истощается, и тогда дыхание происходит на счет воздуха, поступающего в яйцо через скорлупу. Скорлупа состоит из мозаики известковых кусочков, слепленных вместе. Между этими кусочками остаются невидные для простого глаза отверстия или поры. Через эти-то поры воздух поступает внутрь яйца. Если яйцо вы обмажете лаком, то поры скорлупы закупориваются, дыхание зародыша становится невозможным, и он умирает. По этой причине в ящиках, в которых выводят цыплят без курицы, или в так называемых инкубаторах всегда устраивают приспособления для вентиляции внутренности ящика. Без такого приспособления внутри ящика истощается кислород, и накопляется углекислый газ, выделяемый зародышем через скорлупу. Органом дыхания цыпленка служит выпячивание кишки, подходящее к поверхности скорлупы и снабженное множеством кровеносных сосудов.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Источник