Без воды никуда!
Воду по праву можно назвать источником всего живого на земле. Растения, животные, рыбы и птицы, и конечно, царь природы - человек - никто не в состоянии прожить без воды. Каким-то обитателям планеты Земля требуется ее совсем чуть-чуть, другие просто не смогут без нее прожить и часа. Человек не относится к водным обитателям, и лишь потребляет воду внутрь для обеспечения нормальной жизнедеятельности и использует ее для гигиены и удовольствия. Но и он самым прямым образом связан с водной стихией. На 60 % организм человека это вода. Так, жировая ткань берет 20% от массы воды, костям необходимо 25%, на печень уходит еще 70, скелетные мышцы требуют для себя 75%, крови нужно 80% воды, мозгу требуется 85 её процентов.
Живые организмы обитают в условиях постоянно меняющейся среды, а для нормальной их работы важная составляющая - это постоянство внутренней среды самого организма. Эта среда поддерживается плазмой крови, тканевой жидкостью, лимфой. А большая часть их состоит из воды, белков и минеральных солей. Несмотря на то, что вода и минеральные соли не являются питательными веществами и энергетическими источниками, в отсутствие воды невозможны обменные процессы. Вода является прекрасным растворителем. Окислительно-восстановительные процессы и прочие реакции обмена происходят в жидкой среде. Вода транспортирует некоторые газы, перемещая их как в растворенном состоянии, таки в форме солей. Являясь содержимым пищеварительных соков, вода способствует удалению из организма обменных продуктов, среди которых присутствуют токсические вещества. Вода участвует в терморегуляции.
Важность воды для человека
Сколько человек способен прожить, не употребляя воду? Специалисты утверждают, что не более 7-10 дней. Этот срок гораздо меньше, чем отводят те же специалисты человеку, оставшемуся без еды. Значит, вода важнее!
Вода покидает организм человека через почки вместе с мочой. Таким образом теряется около 1700 мл. Через кожу человек теряет около 500мл. Выдыхая через легкие, человек лишается еще 300 мл воды.
Водный баланс
Соотношение между принятой внутрь водой и ее выводом из организма есть водный баланс. Водный баланс очень важен для нормального функционирования всех систем организма. В случаях, когда количество выпитой воды меньше, чем человек выделяет, есть риск развития разных расстройств. Ведь вода входит в состав тканей, как солевой раствор присутствует в теле, является его структурным компонентом и обеспечивает связь водного обмена с минеральными веществами.
Значение минеральных веществ для организма человека
Минеральные вещества являются неотъемлемой частью скелета. Они содержатся в структуре белков, гормонов и ферментов. Общая цифра всех минеральных веществ в человеческом теле около 4-5% массы. Большая часть минеральных веществ поступает в организм с едой и водой. Однако, содержание минеральных веществ в продуктах питания и в воде не всегда достаточно для нормальной жизнедеятельности организма. Практически все люди приправляют пищу поваренной солью, которой требуется примерно 10-12 грамм в день. Ели в организме наблюдается хронический недостаток минеральных веществ, то человек может серьезно заболеть.
Правильное функционирование центральной нервной системы, сердца и других внутренних органов происходит только в случае определенного содержания ионов минеральных веществ. Благодаря им сохраняется постоянство осмотического давления, реакция крови и тканевой жидкости. Ионы минеральных веществ принимают участие в процессах секреции, всасывании, выделения и других процессах.
Дополнительно
Воды в живых организмах содержится очень много. В большинстве случаев она составляет более половины массы живого организма, а иногда ее доля в организме составляет 95-99%. Все это обусловлено чрезвычайно большой ролью воды для жизнедеятельности живых организмов. И такое значение обусловлено особыми свойствами воды, которыми она обязана своему строению.
Молекула воды состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода. Эти атомы образуют полярные полюса молекулы (положительный полюс - атомы водорода, а отрицательный полюс - атом кислорода). Существование полюсов делает возможным образование водородных связей, которые позволяют молекулам воды образовывать между собой и с другими веществами различные комплексы. Подобные комплексы молекул существенно повышают температуры кипения и таяния воды (по сравнению с похожими молекулами) и увеличивают ее теплоемкость. Они же делают воду очень хорошим растворителем и благоприятной средой для протекания целого ряда реакций.
Важнейшими для живых организмов свойствами воды можно назвать следующие:
1. Вода является прекрасным растворителем для полярных веществ и неполярных веществ, имеющих заряженные участки.
2. Вода способна образовывать агрегатные группы молекул между своими молекулами и с молекулами других веществ. Это значительно усиливает силу поверхностного натяжения, что позволяет воде подниматься по капиллярам почвы и сосудах растений.
3. Из-за наличия между молекулами воды водородных связей ее испарение требует большого количества энергии, а в результате ее замерзания выделяется тепло. Поэтому наличие на нашей планете воды в трех агрегатных состояниях значительно смягчает ее климат. Кроме того, многие организмы использует испарения воды в условиях высоких температур для охлаждения своего организма.
4. Наибольшей плотности вода достигает при 4 ° С. Лед имеет меньшую плотность, чем вода. Поэтому зимой он размещается на поверхности водоемов и защищает организмы, которые в них живут, от переохлаждения. Молекулы органических или неорганических веществ, которые являются полярными или имеют заряженные участки, легко взаимодействуют с молекулами воды и, соответственно, легко в ней растворяются. Такие вещества называют гидрофильными. Если же молекулы органических или неорганических веществ не являются полярными и не имеют заряженных участков, то они практически не взаимодействуют с молекулами воды и, соответственно, в ней не растворяются. Такие вещества называют гидрофобными.
Так как вода в жидком состоянии все же не имеет жесткой внутренней структуры, тепловое движение молекул приводит к постоянного перемешивания молекул водного раствора. Это явление называют диффузией. Вследствие диффузии концентрации растворенных веществ в разных частях раствора выравниваются.
Наличие в живых организмах биологических мембран приводит к появлению явления осмоса. Вследствие того что биологические мембраны является полупроницаемой, через них не могут проходить крупные органические молекулы, но могут проходить молекулы воды. В случае, когда концентрация крупных молекул по разные стороны мембраны различна, молекулы воды начинают интенсивно перемещаться на ту сторону, где концентрация растворенных веществ является выше. Вследствие этого и возникает избыток веществ по одну сторону мембраны, что можно наблюдать в виде осмотического давления.
Осмотическое давление является очень важным для живых организмов. Благодаря ему возникает тургор (упругость растительных тканей) и происходит клеточный транспорт.
Вода физиологически необходима цитоплазме любой клетки, потому является лимитирующим фактором как для сухопутных организмов, так и для обитающих в воде, если в последнем случае ее количество подвержено резким изменениям (приливы, отливы) или происходит ее потеря организмом в очень соленой воде осмотическим путем.
В наземно-воздушной среде этот абиотический фактор характеризуется количеством осадков, влажностью, иссушающими свойствами воздуха и доступной площадью водных запасов.
Количество атмосферных осадков зависит от физико-географических условий и распределено по земному шару неравномерно. Для организмов важнейшим лимитирующим фактором является распределение осадков по сезонам года. В умеренных широтах даже при достаточном количестве суммарных годовых осадков их неравномерное распределение может приводить к гибели растений от засухи или, наоборот, от переувлажнения. В тропической зоне организмам приходится переживать влажные и сухие сезоны, регулирующие их сезонную активность при практически постоянной в течение года температуре.
Влажность воздушной среды измеряется обычно в показателях относительной влажности (процентное отношение реального давления водяного пара к давлению насыщенного пара при той же температуре). Величина влажности влияет на температурные эффекты: понижение влажности ниже определенного предела при данной температуре ведет к иссушающему воздействию воздуха.
Иссушающее действие воздуха наиболее важно для растений. Подавляющее большинство растений всасывает воду из почвы при помощи корневой системы. Иссушение почвы затрудняет всасывание. Растения адаптируются к иссушению почвы за счет увеличения всасывающей силы и активной поверхности корневой системы.
Вода расходуется на фотосинтез, около 0,5% воды всасывается клетками, а 97 99% ее расходуется на транспирацию испарение воды через листву. При достатке воды и питательных веществ рост растений пропорционален транспирации. Основной формой адаптации растений к иссушению почвы является не снижение транспирации, а прекращение роста в период засухи.
В зависимости от способов адаптации растений к влажности выделяют несколько экологических групп , например: гигрофиты – наземные растения, живущие в очень влажных почвах и в условиях повышенной влажности (рис), мезофиты – растения, способные переносить незначительную засуху (древесные растения различных климатических зон, травянистые растения дубрав и др.), ксерофиты – растения сухих степей и пустынь. Ксерофиты, в свою очередь, подразделяются на суккуленты – растения, способные накапливать влагу в мясистых листьях и стеблях (алоэ, кактусы), и склерофиты – растения, обладающие высокой всасывающей способностью корневой системы и способные снижать транспирацию за счет узких мелких листьев.
Среди суккулентов наблюдается явление конвергенции – растения, относящиеся к разным видам, имеют практически одинаковую форму: африканский молочай и кактус имеют шарообразную форму, обеспечивающую минимальную поверхность испарения.
Среди животных по отношению к воде выделяют свои экологические группы : гигрофилы (влаголюбивые), мезофилы – промежуточная группа и ксерофилы (сухолюбивые). Способы регуляции водного баланса у животных делятся на поведенческие, морфологические и физиологические.
К поведенческим способам относятся миграция в более влажные места, периодическое посещение водопоя, переход к ночному образу жизни и др. К морфологическим способам адаптации – приспособления, задерживающие воду в организме: раковины наземных улиток, роговые покровы у рептилий и др. Физиологические приспособления обеспечивают образование метаболической воды , являющейся результатом обмена веществ и позволяющей организму обходиться без питьевой воды. Последний способ адаптации используется такими животными, как верблюды, овцы, собаки, которые выдерживают потери воды в существенных количествах (верблюды – до 27%). Человек погибает уже при 10%-ой потере воды. Пойкилотермные животные лучше выносят потерю воды, так как им не приходится использовать воду для охлаждения организма, как гомойотермным.
В состав любого живого организма, помимо различных солей и органических веществ, обязательно входит вода. Она является средой, в которой диспергированы важнейшие высокомолекулярные соединения, образующие коллоидные растворы, и протекает большинство реакций обмена. Вода сама принимает участие в обмене веществ, входя в качестве необходимого компонента во многие реакции синтеза. В качестве примера можно указать хотя бы на гидролитическое расщепление сложных углеводов, жиров и белков, требующее участия воды.
Вода является основной по количеству составной частью любого живого организма (табл. 1.2).
Высокое содержание воды свидетельствует о том, что в процессе жизнедеятельности организма она играет важную роль. Вода входит в состав белковых коллоидов и принимает непосредственное участие в построении структур живых клеток и тканей. Кровь, лимфа, спинномозговая жидкость у высокоорганизованных организмов, соки растений состоят преимущественно из воды в свободном состоянии. В тканях животных и растений вода находится в связанном состоянии - она не вытекает при рассечении органа. Испарение воды поверхностью животных или растительных организмов регулирует их температуру при колебаниях температуры внешней среды.
Вода вызывает набухание коллоидов, она связывается с белком и другими органическими соединениями, а также с ионами, входящими в состав клеток и тканей. Вместе с углекислым газом вода в процессе фотосинтеза вовлекается в образование органических веществ и, таким образом, служит материалом для создания живой материи на Земле.
Высшие животные очень чувствительны к потере воды. Если в процессе голодания животный организм может перенести почти полную потерю запасов жировых веществ, до 50% всех белковых веществ, то потеря более 10% воды вызывает тяжелые патологические изменения, а потеря 15-20% воды приводит к гибели.
Животные, лишенные воды, быстро погибают. Например, если собака может прожить без пищи до 100 дней, то без воды - менее 10. Человек без пищи может прожить больше месяца, без воды - всего лишь несколько дней. Общая потребность человека в воде (включая воду в составе пищи) в зависимости от климатических условий составляет 3-6 л в сутки.
Не менее важно значение воды и в жизни растений. Содержание воды влияет на направленность действия ферментов, на интенсивность транспирации, фотосинтеза, дыхания, ростовых процессов и т. п. Количество воды в растении обусловливает
Таблица 1.2 Содержание воды в различных организмах, их органах и тканях
скорость тех или иных биологических процессов. Так, интенсивность дыхания зерновых находится в прямой зависимости от содержания влаги в семенах. Опыт показывает, что вначале увеличение влажности повышает интенсивность процесса дыхания на сравнительно незначительную величину. Затем, начиная примерно с 14%, повышение влажности на 1% увеличивает интенсивность дыхания на 150%, а последующее ее увеличение повышает интенсивность дыхания на несколько сот процентов. Иными словами, чем выше содержание воды в зерне, тем интенсивнее процесс дыхания.
Интенсивность процесса обмена веществ у высших организмов зависит от возраста организма: чем моложе организм, тем больше он содержит воды и тем интенсивнее его обмен веществ. Например, эмбрион человека ко второму месяцу развития содержит 97% воды, новорожденный ребенок-74%, организм взрослого человека содержит 63-68% воды. Та же закономерность проявляется и в отношении отдельных тканей и органов животного организма; особенно богаты водой те органы, которые наиболее интенсивно функционируют. Так, сердце высших животных содержит 79% воды, а скелет - всего лишь 20-40%.
Самое главное вещество
Вода
- одно из самых распространённых веществ на Земле. Вода занимает
большую часть поверхности нашей планеты.
Вода встречается в природе в трёх состояниях
: жидком,
твёрдом (лёд и снег), газообразном (водяной пар)
.
Вода превращается в лёд при температуре 0 градусов.
Водяной пар постоянно содержится в воздухе. Но его нельзя увидеть,
потому что это прозрачный бесцветный газ. Он попадает в воздух благодаря
тому, что вода постоянно испаряется с поверхности водоёмов и почвы.
Для живых организмов вода имеет огромное значение. Она входит в
состав живых организмов. Любой организм постоянно расходует воду
и нуждается в её пополнении. Поэтому вода необходима всем растения
и животным. Человеку в сутки требуется более 2 литров воды.
Практическая
работа "Исследование свойств воды"
Цель работы: определить свойства воды.
Рассмотрите оборудование,
приготовленное для практической работы. Укажите стрелками названия
предметов.
Опыт 1
.
Опустите в стакан с водой стеклянную палочку. Видна ли она? О каком
свойстве воды это говорит?
Вывод: Вода прозрачна
Опыт 2
. Сравните цвет воды с цветом полосок, изображенных
на этой странице. Что вы видите? О чём это говорит?
Вывод: Вода бесцветна
Опыт 3
. Понюхайте чистую воду. Какое свойство воды
можно установить таким способом?
Вывод: Вода не имеет запаха
Опыт 4
. Колбу с трубкой, заполненную подкрашенной
водой, опустите в горячую воду. Что наблюдаете? О чём это свидетельствует?
Вывод: При нагревании вода расширяется
Опыт 5
. Ту же колбу поставьте в тарелку со льдом.
Что наблюдаете? О чём это свидетельствует?
Вывод: При охлаждении вода сжимается.
Общий вывод: вода прозрачна, бесцветна, не имеет запаха, при нагревании
расширяется, при охлаждении сжимается.
