которые могут обойтись без кислорода?

Жизнь без свободного кислорода

Кислород обязательно входит в состав живого вещества. Вряд ли он может быть заменен в живых системах каким-нибудь другим элементом.

Но помимо кислорода, связанного химически, подавляющее большинство организмов нуждается и в свободном молекулярном кислороде для дыхания.

То, что в дыхании используется именно кислород, а не другие газы, объясняется его свойствами: кислород легко вступает в химические соединения с многими веществами, и эти реакции сопровождаются выделением тепловой энергии. Иногда, например, у светящихся животных и бактерий выделяется также и световая энергия. Нет другого такого вещества, которое, вступая в реакции с веществами организма, обеспечило бы освобождение столь больших количеств энергии.

Кислород атмосферы особенно необходим высшим животным. Птицы и сухопутные млекопитающие не могут прожить без него даже нескольких минут. Водные млекопитающие, приспособленные к длительному пребыванию под водой (от 15 минут до 1 часа 45 минут), фактически используют его не меньше, так как создают запас воздуха в легких.

Таким образом, на планетах, атмосфера которых лишена или содержит мало кислорода, вряд ли могут быть существа, сходные с животными Земли. Впрочем, не будем предрешать вопрос и посмотрим, может ли вообще существовать жизнь без атмосферного кислорода или при его незначительном количестве.

По мнению ряда ученых, кислород в атмосфере Земли появился в результате жизнедеятельности зеленых растении. По-видимому, когда жизнь на нашей планете только зарождалась, кислорода в ее атмосфере не было. Первые организмы, из которых впоследствии возникли растения, не нуждались в свободном кислороде, они были анаэробными. Первичные зеленые растения, очевидно, тоже еще не обладали функцией дыхания. Этот процесс возник только на следующей ступени эволюции.

Среди современных организмов имеется тоже немало анаэробных. Таковы некоторые бактерии, дрожжи. Они не дышат кислородом, а получают энергию от окисления различных веществ. Это — «бескислородное дыхание», или брожение. Есть виды микробов, для которых кислород ядовит и вызывает гибель; есть и такие, которые могут жить без кислорода, но когда он есть, используют его для дыхания, идущего наряду с брожением.

У зеленых растений и низших животных отношение к кислороду тоже чрезвычайно разнообразно. Все зеленые растения дышат, но колебания количества кислорода в окружающей среде не оказывают заметного влияния на интенсивность дыхания. Лишь при уменьшении содержания его в атмосфере до 2—1% (в 10—20 раз меньше нормы) интенсивность дыхания большинства видов растений снижается. При этом начинается анаэробный обмен, за счет которого растение может жить некоторое время и при полном отсутствии кислорода

Потребность в кислороде у водных растений еще меньше, так как вода содержит обычно значительно меньше кислорода, чем атмосфера. В воде некоторых водоемов кислорода оказывается в 2000 раз меньше, чем в воздухе.

Наконец, некоторые новые исследования показывают, что во внутренних тканях растении состав газовой среды нередко лишен даже отдаленного сходства с обычным составом воздуха Дыхание здесь близко к анаэробному Среди животных многие простейшие и многоклеточные беспозвоночные тоже живут и размножаются при ничтожном количестве кислорода и даже при полном его отсутствии Десятки видов и инфузорий, амебы и жгутиконосцы, живущие в почти лишенных кислорода илах, в сточных водах, в стоячей воде озер, находятся постоянно по существу в анаэробных условиях Большинство из них может жить и в присутствии кислорода, но из среды, богатой кислородом, их вытесняют другие организмы.

При ничтожном содержании или даже при полном отсутствии кислорода в среде могут жить некоторые круглые черви, виды ракообразных (например, веслоногие) и пластинчатожаберных моллюсков Даже среди насекомых имеются водные формы, которые живут при недостатке или при отсутствии кислорода в воде Это, например, личинки одного вида жука (Donacia), комара хирономуса (Chironomus thummi) и другие Развитие личинок хирономуса может дойти до окрыления в воде, содержащей 0,3 мг кислорода на литр, т. е. в 1000 раз меньше, чем в обычном воздухе

Паразитические черви, живущие в кишечнике позвоночных животных и человека, инфузории из рубца жвачных и другие паразиты обходятся совсем без молекулярного кисло роди

Все высшие позвоночные нуждаются в кислороде для дыхания, но и у них отдельные клетки тела могут временно переходить на анаэробный обмен, а клетки некоторых тканей вообще нуждаются в небольшом количестве кислорода По существу только клетки центральной нервной системы позвоночных животных очень чувствительны к недостатку кислорода.

Потребность в кислороде у человека и высших животных тоже колеблется в зависимости от приспособления к той или ином среде.

Овцы, привычные к горным условиям, нормально себя чувствуют на высоте 4000 м, где кислорода на 35—40% меньше, чем на уровне моря.

Около, 6000 м над уровнем моря лежит высшая граница жизни для большинства животных. На такой большой высоте встречаются лишь немногие виды мышевидных грызунов и хищных птиц. Но вряд ли только разреженная атмосфера и недостаток кислорода препятствуют их жизни еще больше. Мешают развитию жизни здесь, конечно, низкие температуры и вечные льду, отсутствие почвы и растительной пищи, сильные ветры и т. д.

Для человека, приспособленного к жизни на равнине, уменьшение давления и количества кислорода вызывает тяжелые расстройства — горную болезнь. Однако после специальной тренировки человек может подняться и пробыть некоторое время на высоте 7000—8000 м. На высотах Тибета и в Андах (на высоте 5300 м) существуют постоянные людские поселения, показывающие, что человек может приспособиться к вдвое меньшему содержанию кислорода в атмосфере по сравнению с тем, которое имеется на уровне моря.

У этих людей все ткани тела гораздо энергичнее поглощают кислород, у них повышены содержание гемоглобина и кислородная емкость крови.

В опытах с животными выяснено, что при акклиматизации в горных условиях в организме происходит энергичная «борьба» за доставку кислорода в ткани. Клетки начинают более полно использовать кислород благодаря повышению активности окислительных ферментов Кроме того, ткани становятся выносливее к недостатку кислорода и могут даже переходить на анаэробный тип дыхания.

В лабораторных условиях проводились исследования на насекомых, оказалось, что у видов насекомых, живущих на уровне моря, где давление около 760 мм ртутного столба, работа сердца прекращается при давлении 25—20 мм ртутного столба Они еще могут жить, если кислорода будет в 30 раз меньше, чем в атмосфере Но гораздо устойчивее виды, обитающие в горах на высоте 1000 м. Пульсация сердца у них еще наблюдалась при давлении в 15 мм ртутного столба У насекомых обитателей еще больших высот (3200 м) сердце останавливалось лишь при давлении 5 мм ртутного столба, т.е. при таком разрежении атмосферы, которое существует примерно на высоте 100—200 км от Земли.

Итак, возможности жить при недостатке кислорода у земных организмов достаточно велики. Но при этом у большинства из них резко снижается активность. Не забегая вперед и не вдаваясь в обсуждение вопроса о жизни вне Земли, все же укажем, что, например, на Марсе потребность организмов в кислороде, при той же энергии жизнедеятельности, может быть меньше, чем на Земле. Дело в том, что вследствие меньших размеров и меньшей плотности Марса сила тяжести из нем почти в 3 раза меньше, чем на Земле, и для работы органов потребуется значительно меньше энергии, получаемой благодаря дыханию. Кроме того, при низкой температуре среды ткани и клетки насыщаются кислородом при меньшем его количестве в среде.

Известно, наконец, что клетки организмов способны накапливать и использовать элементы, находящиеся в природе в чрезвычайно малых количествах, в рассеянном состоянии. Поэтому не будет удивительным, если при малом количестве кислорода в среде у организмов возникнут различные приспособления к улавливанию кислорода.

Значит, если на планетах, доступных нашему изучению, кислорода настолько мало, что его не удается обнаружить с Земли с помощью спектрального анализа, это еще не основание, чтобы отрицать возможность на них жизни. Конечно, малое количество кислорода ставит границы для существования животных, подобных нашим позвоночным, с их высоким энергетическим уровнем обмена веществ и высшей нервной деятельностью. Но организмы другого строения могут существовать.

Суждение о том, какова может быть жизнь при малом количестве кислорода, не нужно упрощать. Если бы удалось установить, что в прежние эпохи в атмосфере Марса кислорода биогенного происхождения было больше, чем сейчас, то следовало бы предполагать, что жизнь на Марсе стала беднее, но при этом могли возникнуть немногочисленные высокоспециализированные формы.

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

ТОП-8 рыбок, которые могут жить без кислорода в аквариуме

Микроклимат для аквариумных обитателей должен максимально совпадать с их потребностями.

Содержание микроэлементов должно соответствовать рекомендованному уровню потребления конкретным видом растений, рыбок или других живых организмов, в том числе и бактерий.

Одним из необходимых веществ в аквариумной среде является кислород. Но есть рыбки, которые комфортно живут без кислорода и дополнительной аэрации в аквариуме.

Особи, которым не нужен O2

Все рыбы поглощают кислород. Разница в механизме поглощения. Одним для этого нужна хорошо аэрированная вода, другим достаточно доступа к кислороду на поверхности.

Необходимо учитывать, что отсутствие аэрирования и фильтрования влечет увеличение количества таких манипуляций, как чистка сифоном, подмена воды, проведение тестов.

При помощи тестов можно узнать содержание полезных и вредных веществ в водоеме, например, губительного для рыб азота.

В естественной среде, обитатели стоячих водоемов, в основном субтропического пояса, пользуются кожным дыханием. Показатель потребления кислорода через кожу у таких рыб достигает 80%, стандартная цифра до 20%.

Некоторые рыбки могут жить и комфортно чувствовать себя без аэрации, но при условии хорошей фильтрации.

Гурами

Рыбка из отряда окунеобразных, с лабиринтовым органом. Именно благодаря строению этого аппарата гурами добывают воздух и обеспечивают себя кислородом.

Обязательное условие в аквариуме – это беспрепятственный доступ к атмосферному воздуху. В естественной среде гурами находили в сточных канавах, небольших, «стоячих» водоемах, где вода с низким уровнем кислорода.

Гурами и другим лабиринтовым рыбкам необходим доступ к атмосферному воздуху, а при транспортировке, закаченный в пакет кислород, может погубить рыбку, так как обжигает органы дыхания такого (лабиринтового) строения.

Лялиус

Еще один представитель водных обитателей, которому не нужна дополнительная аэрация. Это маленькая, яркая рыбка, с лабиринтовым аппаратом дыхания, относящаяся к семейству макроподовых.

Аквариумная крышка предотвратит выпрыгивание обитателей из аквариума. А если в крышке встроено освещение, то растения будут активней расти, а следовательно создавать дополнительный рацион рыбкам и благоприятную микросреду.

Петушок

Самый популярный представитель лабиринтовых. Betta splendens поглощает атмосферный воздух, всплывая время от времени к поверхности, захватывает пузырек воздуха, из которого добывает кислород.

При хороших условиях эти рыбки живут до 3-4 лет. К уходу не требовательны, но чистота все же должна соблюдаться. На одну рыбку достаточно 3 л. воды.

Замена воды должна проводиться как и в случае с другими видами рыб:

• не реже 1 раза в неделю, в емкости от 10 до 20 л.,
• если аквариум до 5 л., то подливать свежую воду необходимо 2 раза в неделю.

Лябиозы

Этого представителя лабиринтовых часто относят ошибочно к гурами, называя их медовыми. Но всё же эта рыбка носит название labiosa рода Trichogaster (до 2017 года род Colisa).

Сходство с гурами очень сильное, как внешне, так и в условиях содержания. Но вырастают они как правило крупнее, до 9 см.

Аквариум, в котором содержится labiosa, необходимо оснащать «покровкой», то есть закрывать верх во избежание выпрыгивания их из «домика».

Есть мнение, что крышка нужна и для сохранения микроклимата над водой, чтобы рыбка в процессе поглощения кислорода не простыла.

Макроподы

Райская рыбка с дополнительным органом дыхания – лабиринтом. Самки любят прятаться в укрытие. Коряги, густые заросли, будут способствовать комфортному проживанию.

Аквариум должен быть накрыт крышкой, эти рыбки любят высоко прыгать, особенно когда охотятся. К температуре не требовательны и одинаково комфортно ощущают себя как в +16°С, так и в +25°С.

Акантофтальмус

Рыбка-вьюн, внешне похож на мини-змейку или крупного желтого червяка в черную полоску. Семейство – карповые. Предпочтительная температура – около 25°С.

В качестве обогащения кислородом использует атмосферный воздух, который проходит через кишечник. Кроме того, акантофтальмусы способны поглощать кислород через кожу. Для осуществления кожного дыхания этой рыбки, в воде должен быть кислород.

Но также подойдет и просто фильтр, выброс воды которого направлен на поверхность. Благодаря такому механизму фильтрации вода будет обогащаться кислородом.

Шиповка обыкновенная

Сobitis taeni – распространен по всей Европе. Название получила из-за характерного шипа в области жабр.

Перед переменой погоды рыбка начинает волноваться, активно плавает, захватывает чаще воздух с поверхности. В спокойном состоянии рыбка также дышит атмосферным воздухом, но поднимается к поверхности не так часто.

Воздух концентрируется в среднем отделе кишечника, и проходя к заднему отделу, обогащает кровь кислородом, через мелкие капилляры, находящиеся в кишечнике.

Эти показатели относительны и зависят от условий обитания. Соответственно, если вода в аквариуме бедна кислородом, то вьюны добывают его из атмосферы.

Существует предположение, исходя из которого, семейство вьюнов, имеющие кишечное дыхание, зарываются для того, чтобы не подниматься к поверхности воды. А поднимает их проглоченный пузырек воздуха в кишечнике, вот и всплывают дрейфующие вьюны на поверхность.

Сомики

Популярные рыбки для любителей аквариумов. Существует мнение, что сомикам воздух не нужен, но это не совсем так.

Есть виды, которые поглощают кислород из атмосферы, есть сомы, которые не нуждаются в высоком кислородном обогащении. К примеру, крапчатые сомы имеют кишечное дыхание, добывая кислород из атмосферного воздуха.

Сомы обитают в нижних слоях водоемов. Постоянно курсируя по дну и переворачивая грунт, поднимают муть со дна. Помпа-фильтр в аквариуме с сомиками обеспечит не только фильтрацию, но и обогащение воды кислородом.

Заключение

Рыбки, которым не нужен аэратор, в большинстве требуют доступа к атмосферному воздуху. Чтобы рыбки не выпрыгнули, хорошо закрывать аквариум крышкой. Между крышкой и поверхностью воды должно быть минимум 5 см.

Открыто первое многоклеточное, которому не нужен кислород: загадка природы

Некоторые истины об окружающей нас Вселенной кажутся неоспоримыми. Небо голубое. Трава зеленая. Ничто не может двигаться быстрее скорости света. Многоклеточным формам жизни необходим кислород. Ведь так, верно?

Как бы не так. Недавно исследователи обнаружили, что у похожего на медузу паразита нет митохондриального генома. Это первые многоклеточный организм с такой особенностью и, что куда важнее, это означает, что он… не дышит. И в самом деле, его жизнедеятельность никак не связана с кислородом.

Это простое открытие кардинально меняет не только наше представление о том, как устроена жизнь на Земле, но и о том, какие формы жизни можно встретить на далеких планетах при, казалось бы, экстремальных условиях.

Формы жизни научились усваивать кислород примерно 1,45 миллиарда лет назад. Вероятно, архей поглотил маленькую бактерию, но не переварил ее, а сделал частью своего организма. Этот симбиоз оказался так выгоден обоим, что они сформировали новую разновидность живого существа. Вместе они эволюционировали век за веком, пока бактерия внутри не стала набором органелл (маленьких подобий органов), которые называют митохондриями. Именно они и позволяют многоклеточным организмами использовать кислород для обеспечения обмена веществ. Благодаря им молекула кислорода расщепляется с образованием молекулы АТФ, которая и используется как «батарейка» для большинства клеточных процессов.

Мы знаем, что некоторые организмы способны выживать в условиях низкого содержания кислорода — гипоксии. Некоторые одноклеточные микробы развили специальные, связанные с митохондриями органеллы, которые используют для бескислородного дыхания. Однако это — удел одноклеточных одиночек, в то время как у многоклеточных живых существ такой особенности замечено не было.

Но недавно группа группа исследователей во главе с Даяной Яхаломи из Тель-Авивского университета решила посвятить себя изучению довольно распространенного паразита лосося под названием Henneguya salminicola. Это книдарий, принадлежащий к тому же типу живых существ, что и кораллы, медузы и анемоны. Он создает между волокнами мяса лосося отвратительные цисты, которые, однако, не сильно вредят хозяину паразита.

Stephen Douglas Atkinson

Разумеется, внутри рыбы никакого кислорода нет. Однако книдарий живет и процветает, и раскрыть загадку такой поразительной живучести помог лишь анализ ДНК крошечного существа. Ученые обнаружили, что паразит где-то «потерял» митохондриальный геном и способность к кислородному дыханию. Подобно одноклеточным, у него также появился набор органелл для анаэробного образа жизни, причем весьма необычных — у них на внутренней мембране есть складки, которые обычно не наблюдаются у одноклеточных.

Так как же именно паразит выживает в среде без кислорода? На самом деле, до сих пор этого никто не знает. Не исключено, что он просто ворует АТФ у хозяина, но пока это лишь гипотеза. Однако, как бы то ни было, удивительная эволюция из свободноживущей медузы в паразита потрясает воображение. В качестве «наследства» от своих далеких предков-медуз существо сохранило структуру, напоминающую «жгучие» клетки медуз. Вот только паразит использует их не для того, чтобы жалить, а для того, чтобы цепляться за организм хозяина — вынужденная мера адаптации. Вы можете увидеть их на фото ниже, они напоминают своеобразные глаза:

Stephen Douglas Atkinson

В будущем это исследование может помочь рыбным фермам бороться с паразитами: хоть экс-медуза и безопасна для человека, вряд ли вы захотите есть рыбу, зараженную инородными организмами.

Сколько живет мозг без кислорода

Доктора обычно различают две формы лишения кислорода. Первая, аноксические повреждения которые происходят, когда мозг полностью лишен кислорода из-за внезапной остановки сердца, удушья, удушения и других внезапных травм. Вторая, гипоксические повреждения происходящие, когда этот орган получает меньше кислорода, чем ему нужно, но не полностью его лишен. Поскольку последствия двух травм сходны, многие эксперты в области мозга используют термины взаимозаменяемо.

Несколько секунд лишения кислорода не причинят долговременного вреда, поэтому ребенок, страдающий расстройством дыхания или дайвер, которому требуется несколько дополнительных секунд, чтобы подняться на воздух, вряд ли получат повреждение головного мозга. Точная временная шкала аноксических повреждений этого органа зависит от ряда личных особенностей, включая общее состояние мозга и сердечно-сосудистой системы, а также уровень оксигенации крови во время травмы. Вообще говоря, травмы начинаются с одноминутной отметки, неуклонно ухудшаясь после этого:

Между 30-180 секундами лишения кислорода вы можете потерять сознание.

На отметке в одну минуту мозговые клетки начинают умирать.

Через три минуты нейроны страдают более сильным повреждением, и длительное повреждение головного мозга становится более вероятным.

Через пять минут смерть становится неизбежной.

Через 10 минут, даже если мозг остается в живых, кома и длительное его повреждение почти неизбежны.

Через 15 минут выживание становится практически невозможным.

Конечно, есть исключения для каждого правила. Некоторые тренировочные процедуры помогают организму более эффективно использовать кислород, позволяя мозгу обходиться более длительные периоды без этого жизненно важного элемента. Свободные ныряльщики обычно тренируются обходиться без кислорода, как можно дольше и нынешний рекордсмен задерживает дыхание в течение 22 минут, не получая при этом каких-либо повреждений этого органа.

Почему мозг нуждается в кислороде

Серое вещество составляет всего 2% от массы тела, но оно использует около 20% кислорода. Без этого мозг не может выполнять даже самые основные функции. Мозг полагается на глюкозу, чтобы стимулировать нейроны, которые контролируют все, от сознательных функций, таких как планирование и мышление к автоматическим бессознательным процессам, таким как сердечный ритм и пищеварение.

Без кислорода клетки этого органа не могут метаболизировать глюкозу и поэтому не могут превращать глюкозу в энергию. Когда ваш мозг лишен кислорода, конечной причиной его смерти является недостаточная энергия для питания клеток.

Сколько живет мозг после остановки сердца

Большинство исследований показали, что процесс активности мозга после прекращения сердцебиения для каждого человека индивидуален. Хотя остановка притока кислорода почти мгновенная, не существует конкретной продолжительности клинической смерти, при которой функционирующий мозг явно умирает. Наиболее уязвимыми клетками считаются нейроны, которые получать смертельные повреждения всего за 10 минут без кислорода. Тем не менее, поврежденные клетки фактически не умирают еще очень долго. В случае удачной реанимации некоторые участки могут возобновить свою деятельность. Подробнее узнать. что происходит с мозгом в момент остановки сердца можно здесь — https://reactor.space/news/chto-proisxodit-s-mozgom-v-moment-ostanovki-serdca/.

Последствия после остановки сердца на 10 минут

Прогноз зависит от того, насколько серьезным является недостаток кислорода, степень смерти нейронов и качество медицинской и реабилитационной помощи. Благодаря качественной физической терапии ваш мозг может научиться компенсировать поврежденные районы, поэтому даже серьезные травмы требуют постоянной приверженности физиотерапии.

Общие долгосрочные последствия лишения кислорода могут включать:

Повреждение конкретных областей мозга, лишенных кислорода. Различные области этого органа склонны координировать различные функции, поэтому некоторые из них могут быть сильно искалечены, а другие остаются нетронутыми. Например, пострадавший может понимать язык, но не может при этом говорить.

Изменения в настроении или личности.

Сложность с памятью, в том числе возможность вспомнить факты, имена, объектов или людей, распознать лица, узнать новую информацию или вспомнить автобиографические факты.

Изменения в моторных навыках. Ряд областей мозга помогает координировать движение, поэтому, если эти области повреждены, вы не сможете бороться, ходить, писать или заниматься другими функциями.

Хроническая боль. Когда мозг поврежден, он может неправильно обрабатывать сигналы боли, заставляя вас чувствовать боль, даже если нет травмы.

Неспособность почувствовать боль или правильно реагировать на болевые сигналы. Например, боль в руке может ощущаться как боль в ноге.

Трудности с импульсным контролем. Многие выжившие после травмы головного мозга развивают пристрастия, агрессивное поведение или сексуально неприемлемые компульсии.

Симптомы психических заболеваний, таких как депрессия или тревога.

Симптомы, связанные с деменцией, включая путаницу, трудности с памятью и признаки быстрого старения этого органа.

Лечение

Лечение всегда должно начинаться с выявления источника лишения кислорода, так как чем продолжительнее его отсутствие, тем более серьезными могут быть повреждения. Врач может использовать трахеотомию, чтобы обеспечить достаточный приток кислорода. Другие варианты лечения могут включать хирургическое вмешательство для удаления блокады или поражения, а также стероиды для уменьшения отечности в мозгу.

Через несколько дней после травмы следует внимание на долгосрочное восстановление. Серое вещество очень адаптивно к окружающей среде, поэтому продолжающиеся проблемы — лучший способ помочь ему восстановиться и обойти возникшие травмы. План лечения может включать:

Физическую терапию, чтобы увеличить приток крови мозгу и восстановить моторные функции.

Профессиональная терапия, которая поможет найти новые способы выполнения повседневных задач.

Речевая терапия, которая поможет восстановить утраченную речь и язык.

Психотерапия, чтобы помочь научиться справляться с травмами.

А также могут потребоваться последующие процедуры, такие как химиотерапия для дальнейшего сокращения поражения мозга, приём медикаментов для предотвращения сгустков крови или регулярного сканирования МРТ для оценки его повреждения.

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