交换面特征
- 生物体的有效交换面有:
- 大表面积
- 扩散距离短(薄)
- 良好的血液供应
- 通风机制
穿过单细胞生物的体表
- 衣藻是一种在淡水池塘中发现的单细胞生物。外形为球形,直径为20μm。氧可以扩散穿过细胞壁和细胞表面的膜衣藻
- 氧分子扩散到物体中心所需要的最大距离衣藻是10μm,这需要100毫秒
- 扩散是一种有效的交换机制衣藻
根毛细胞表面积增加
- 生物体内部的许多交换表面具有增加表面积的适应性
- 更大的表面积提供了更多的空间,物质与环境的交换可以发生
- 根毛细胞是存在于植物根部的特化细胞。它们在吸收土壤中的水和矿物离子方面起着重要作用
- 根毛细胞有一个根头发这增加了表面积(SA),所以渗透吸水率更大(可以吸收更多的水和离子比SA低)
根毛是细胞质的延伸,增加了细胞与土壤接触的表面积,以最大限度地吸收水和矿物质
肺泡内扩散距离短
- 氧气和二氧化碳的交换发生在肺泡和肺部的毛细血管之间
- 氧气和二氧化碳在一个过程中交换简单扩散;(从高浓度到低浓度的被动运动)
- 肺泡中的空气含有高浓度的氧气。氧气从肺泡扩散到毛细血管,然后被带到身体的其他部位进行有氧呼吸
- 毛细血管中的血液氧气浓度相对较低,而二氧化碳浓度较高。二氧化碳从血液扩散到肺泡,然后被呼出
- 肺泡壁只有一个细胞厚,这些细胞是扁平的
- 这意味着气体有一个非常扩散距离短所以气体交换是快速和有效的
肺泡的其他特征
- 肺泡数量多
- 成年人的肺部平均有4.8 - 5亿个肺泡。这相当于40 - 75米的表面积2
- 肺泡数量大增加可用表面积让氧气和二氧化碳扩散
- 广泛的毛细血管网络
- 毛细血管壁只有一个细胞厚,这些细胞是扁平的,保持气体扩散距离短
- 血液通过毛细血管的持续流动意味着含氧血液被带离肺泡而脱氧血液被带至肺泡
- 这维持浓度梯度发生气体交换所必需的
肺泡的薄壁意味着氧气和二氧化碳在肺里的空气和毛细血管里的血液之间不需要经过很长的距离
鱼鳃血液供应良好
- 为了使物质在交换场所的扩散能够持续一段较长的时间浓度梯度必须保持
- 充足的血液供应有助于保持浓度梯度,因为血液持续流动,将刚刚进入血液的物质带离交换部位
- 鱼鳃适合直接从水中提取氧气,因为它们有一个大的毛细血管网络
- 的广泛的毛细血管系统覆盖在腮上以确保血液流动的方向与水流动的方向相反,这是一个逆流系统
- 逆流系统确保浓度梯度沿整个长度毛细血管
- 氧浓度最低的水与脱氧程度最高的血液相邻
图示鱼鳃的结构及鱼鳃内的逆流系统
哺乳动物肺的通气机制
- 通风机制也有帮助保持浓度梯度穿过交换面
- 肺内的通风(大量气体流动)有助于确保存在肺泡中的氧气浓度总是高于血液中的氧气浓度
- 参与呼吸的运动导致空气在肺泡内发生变化.呼吸会排出含氧量低、二氧化碳多的空气,代之以含氧量高、二氧化碳少的空气
考试技巧
确保你能解释清楚如何适应允许有效的气体交换。它们将增加表面积,创造一个短扩散距离或帮助保持浓度梯度在某种程度上!