Значение воды для живых организмов сообщение. Функции воды в организме человека

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

Вода является основой жизни всех живых существ. Ей принадлежит важнейшая роль в жизнедеятельности и развитии организмов:

– вода составляет основу тел живых организмов;

– вода является средой и участницей идущих в телах живых организмов биохимических реакций;

– вода является средой, в составе которой организмы получают многие необходимые им вещества и избавляются от продуктов обмена (шлаков);

– у растений вода участвует в фотосинтезе – на него расходуется 5% всей потребляемой ими воды, а 95% ее уходит на транспирацию (испарение листьями, что создает восходящий ток минеральных солей) и поддержание тургора (упругости) тканей;

– вода является средой жизни водных организмов;

– высокая теплоемкость воды позволяет теплокровным животным поддерживать постоянство температуры их тел;

– медленное нагревание и медленное охлаждение воды смягчают колебания температур, из-за чего климат побережий называют «мягким», или морским;

– высокая температура испарения воды дает возможность организмам избавляться от излишков тепла;

– другие важные функции.

Ввиду важности биологических функций воды она очень часто является лимитирующим фактором и наряду с температурой и составом почв определяет типы экосистем (степи, саванны, сухие леса, влажные леса).

Наибольшее количество осадков выпадает в тропическом поясе. Это объясняется максимальным поступлением туда энергии Солнца. Благодаря высокой температуре тропический воздух вбирает в себя намного больше воды, чем прохладный в более высоких широтах. Таким образом, влажный климат тропиков обусловлен большим количеством энергии Солнца.

На количество осадков оказывает влияние соотношение площадей суши и моря: в Южном полушарии, где больше площадь океанов и меньше площадь материков, осадков выпадает больше, чем в Северном.

Важное значение имеет не только общее количество осадков, выпадающих на местности, но и их интенсивность и распределение во времени.

Очень сильные дожди, особенно при отсутствии растительного покрова, вызывают эрозию почвы, гибель проростков растений и мелких животных. Сильнейшее повреждающее действие имеют осадки в виде града, размер частиц которого может быть с куриное яйцо. Длительные периоды моросящих дождей неблагоприятны для насекомых и насекомоядных птиц, особенно в период выкармливания ими птенцов. При отсутствии осадков организмам приходится переносить длительные периоды засухи.

В тропическом поясе режим выпадения осадков служит фактором, определяющим сезонную активность организмов – их биологические ритмы. В умеренных широтах главными сигналами смены сезонов года являются длительность светового дня (фотопериод) и режим температур.

Влажность воздуха

Показатель влажности воздуха характеризует степень его насыщенности водяными парами.

Абсолютной влажностью воздуха называют количество водяных паров на единицу его массы, а относительной – отношение количества имеющихся водяных паров к максимально возможному при данной температуре (в %).

Влажность воздуха имеет большое экологическое значение.

От количества влаги в воздухе зависит интенсивность ее испарения с поверхностей тел организмов. При низкой влажности испарение идет очень сильно и может привести к дегидратации (обезвоживанию) организмов. Для защиты от обезвоживания многие из них приобрели специальные адаптации:

– растения - толстую кутикулу, способность сбрасывать листья в сухой сезон, способность сворачивать листья, утрату (редукцию) листьев, опушенность и восковой налет на листьях, погруженные в ткань листа устьица - отверстия, через которые испаряется вода;

– животные - роговые чешуи, хитиновые покровы и др.

Иссушающие свойства воздуха зависят от дефицита его насыщения водяными парами - разницы между абсолютной и максимально возможной влажностью при данной температуре.

Адаптации организмов к разным уровням увлажнения

Адаптации растений . В зависимости от потребности в воде все растения делят на три экологические группы.

1. Гидрофиты (от греч. hydor – вода, влага) – влаголюбивые растения, ими являются:

– растения, полностью находящиеся в воде, - элодея;

– растения, у которых в воду погружены только корни, - камыш, рогоз, осоки, папирус;

– растения, произрастающие во влажных местах, - мхи, папоротники, плауны и др.

2. Мезофиты (от греч. mesos – средний, промежуточный) - растения умеренно влажных мест (полей, лесов, лугов) имеют приспособления для добывания воды - развитую корневую систему, покровные и проводящие ткани, механизмы регуляции уровня испарения.

3. Ксерофиты (от греч. xeros – сухой) - растения сухих мест (сухих степей, саванн, полупустынь, пустынь) способны переносить недостаток влаги.

Ксерофиты преодолевают недостаток влаги следующими способами:

– повышают ее поглощение с помощью мощного развития корневых систем: у некоторых растений пустынь масса корней превышает массу наземных органов в 9-10 раз;

– сокращают потери воды снижением испарения листьями;

– накапливают воду в мясистых стеблях (кактусы и африканские молочаи) или в листьях (алоэ, агавы);

– вырабатывают механизмы, позволяющие переносить недостаток воды.

Растения, накапливающие воду в мясистых стеблях или листьях, называют стеблевыми и листовыми суккулентами (от лат. succulentus – сочный). Для защиты от испарения они имеют толстую покровную ткань, а кактусы – устьица (отверстия, через которые происходит испарение), глубоко погруженные в ткань листа и открывающиеся только ночью, когда температура воздуха снижается. В то же время корневые системы суккулентов развиты слабо, поскольку они произрастают в местностях хотя и с редкими, но обильными осадками.

Растения, не накапливающие влагу, а добывающие ее с больших глубин и имеющие строение для максимального снижения испарения, называют склерофитами (от греч. skleros - твердый, жесткий). Склерофиты имеют жесткие сухие стебли, мелкие жесткие листья, которые часто сбрасывают во время сухого сезона. У многих склерофитов листья редуцированы (саксаул) или представляют собой колючки.

Адаптации животных . Существуют три вида адаптации животных к засухе.

1. Поведенческие – миграции в места, где есть вода, посещение водопоев, ночной образ жизни, укрытие в норах.

2. Морфологические - наличие защитных покровов.

3. Физиологические:

– наличие механизмов обратного всасывания воды в пищеварительной и выделительной системах;

– выделение высококонцентрированной или твердой мочи;

– синтез метаболической воды;

– способность переносить сильное обезвоживание.

Список основной литературы

1.Чебышев Н.В., Филиппова А.В. Основы экологии. – Москва, 2004 г.

2.Национальный доклад о состоянии окружающей среды в Республике Казахстан, МООС РК, Алматы, 2007 г.

3. В.Г.Игнатов, А.В.Кокин. Экология и экономика природопользования., Р-на-Д, 2003 г.

4. Л.И.Губарева, О.М.Мизирева, Т.М. Чурилова. Экология человека. М., 2005 г.

5. Г.С.Оспанова, Г.Т.Бозшатаева. Экология. – Алматы, 2002 г.

6. Под редакцией А.С.Степановских. Общая экология. М., 2001 г.

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.

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 является необходимым условием существования всех живых организмов на Земле. Значение воды в процессах жизнедеятельности определяется тем, что она является основной средой в клетке, где осуществляются процессы метаболизма, служит важнейшим исходным, промежуточным или конечным продуктом биохимических реакций. Особая роль воды для наземных организмов (особенно растений) заключается в необходимости постоянного пополнения ее из-за потерь при испарении. Поэтому вся эволюция наземных организмов шла в направлении приспособления к активному добыванию и экономному использованию влаги. Наконец, для многих видов растений, животных, грибов и микроорганизмов вода является непосредственной средой их обитания.

Увлажненность местообитания и, как следствие, водообеснечение наземных организмов зависят прежде всего от количества атмосферных осадков, их распределения по временам года, наличия водоемов, уровня грунтовых вод, запасов почвенной влаги и т. п. Влажность оказывает влияние на распространение растений и животных как в пределах ограниченной территории, так и в широком географическом масштабе, определяя их зональность (смена лесов степями, степей - полупустынями и пустынями).

При изучении экологической роли воды учитывается не только количество выпадающих осадков, но и соотношение их величины и испаряемости. Области, в которых испарение превышает годовую величину суммы осадков, называются аридными (сухими, засушливыми). В аридных областях растения испытывают недостаток влаги в течение большей части вегетационного периода. В гумидных (влажных) областях растения обеспечены водой в достаточной мере.

Экологические группы растений по отношению к влаге и их адаптации к водному режиму. Высшие наземные растения, ведущие прикрепленный образ жизни, в большей степени, чем животные, зависят от обеспеченности субстрата и воздуха влагой. По приуроченности к местообитаниям с разными условиями увлажнения и по выработке соответствующих приспособлений среди наземных растений различают три основные экологические группы: гигрофиты, мезофиты и ксерофиты. Условия водоснабжения существенно влияют на их внешний облик и внутреннюю структуру.

Гигрофиты - растения избыточно увлажненных местообитаний с высокой влажностью воздуха и почвы. Для них характерно отсутствие приспособлений, ограничивающих расход воды, и неспособность переносить даже незначительную ее потерю. Наиболее типичные гигрофиты - травянистые растения и эпифиты влажных тропических лесов и нижних ярусов сырых лесов в разных климатических зонах (чистотел большой, недотрога обыкновенная, кислица обыкновенная и др.), прибрежные виды (калужница болотная, плакун-трава, рогоз, камыш, тростник), растения сырых и влажных лугов, болот (белокрыльник болотный, сабельник болотный, вахта трехлистная, осоки), некоторые культурные растения.

Характерные структурные черты гигрофитов - тонкие листовые пластинки с небольшим числом широко открытых устьиц, рыхлое сложение тканей листа с крупными межклетниками, слабое развитие водопроводящей системы (ксилемы), тонкие слаборазветвленные корни, часто без корневых волосков. К физиологическим адаптациям гигрофитов следует отнести низкое осмотическое давление клеточного сока, незначительную водоудерживающую способность и, как следствие, высокую интенсивность транснирации, которая мало отличается от физического испарения. Избыточная влага удаляется также путем гуттации - выделения воды через специальные выделительные клетки, расположенные по краю листа. Избыточная влага затрудняет аэрацию, а следовательно, дыхание и всасывающую деятельность корней, поэтому удаление излишков влаги представляет собой борьбу растений за доступ воздуха.

Ксерофиты - растения сухих местообитаний, способные переносить продолжительную засуху, оставаясь физиологически активными. Это растения пустынь, сухих степей, саванн, сухих субтропиков, песчаных дюн и сухих, сильно нагреваемых склонов.

Структурные и физиологические особенности ксерофитов нацелены на преодоление постоянного или временного недостатка влаги в почве или воздухе. Решение данной проблемы осуществляется тремя способами: 1) эффективным добыванием (всасыванием) воды, 2) экономным ее расходованием, 3) способностью переносить большие потери воды.

Интенсивное добывание воды из почвы достигается ксерофитами благодаря хорошо развитой корневой системе. По общей массе корневые системы ксерофитов примерно в 10 раз, а иногда и в 300-400 раз превышают надземные части. Длина корней может достигать 10-15 м, а у саксаула черного - 30-40 м, что позволяет растениям использовать влагу глубоких почвенных горизонтов, а в отдельных случаях и грунтовых вод. Встречаются и поверхностные, хорошо развитые корневые системы, приспособленные к поглощению скудных атмосферных осадков, орошающих лишь верхние горизонты почвы.

Экономное расходование влаги ксерофитами обеспечивается тем, что листья у них мелкие, узкие, жесткие, с толстой кутикулой, с многослойным толстостенным эпидермисом, с большим количеством механических тканей, поэтому даже при большой потере воды листья не теряют упругости и тургора. Клетки листа мелкие, плотно упакованы, благодаря чему сильно сокращается внутренняя испаряющая поверхность. Кроме того, у ксерофитов повышенное осмотическое давление клеточного сока, благодаря чему они могут всасывать воду даже при больших водоотнимающих силах почвы.

К физиологическим адаптациям относится и высокая водоудерживающая способность клеток и тканей, обусловленная большой вязкостью и эластичностью цитоплазмы, значительной долей связанной воды в общем водном запасе и т. д. Это позволяет ксерофитам переносить глубокое обезвоживание тканей (до 75% всего водного запаса) без потери жизнеспособности. Кроме того, одной из биохимических основ засухоустойчивости растений является сохранение активности ферментов при глубоком обезвоживании.

Ксерофиты с наиболее ярко выраженными ксероморфными чертами строения листьев, перечисленными выше, имеют своеобразный внешний облик, за что получили название склерофиты.

К группе ксерофитов относятся и суккуленты - растения с сочными мясистыми листьями или стеблями, содержащими сильно развитую водоносную ткань. Различают листовые суккуленты (агавы, алоэ, молодило, очитки) и стеблевые, у которых листья редуцированы, а надземные части представлены мясистыми стеблями (кактусы, некоторые молочаи, стапелии и др.). Фотосинтез у стеблевых суккулентов осуществляется периферическим слоем паренхимы стебля, содержащим хлорофилл. Длительные засушливые периоды преодолеваются ими путем накопления воды в водоносных тканях, связывания ее коллоидами клеток, экономного расходования, которое обеспечивается защитой эпидермиса растений восковым налетом, погруженными в ткань листа или стебля немногочисленными днем закрытыми устьицами. В результате транспирация у суккулентов чрезвычайно мала: в пустынях кактусы из рода Camegia транспирируют в сутки всего лишь I -3 мг воды на 1 г сырой массы.

Корневая система поверхностная, мало развитая, рассчитана на поглощение воды из верхних слоев почвы, увлажненных редко выпадающими дождями. В засуху корни могут отмирать, но после дождей быстро (за 2-4 дня) отрастают новые.

Суккуленты приурочены главным образом к засушливым зонам Центральной Америки, Южной Африки, Средиземноморья.

Мезофиты занимают промежуточное положение между гигрофитами и ксерофитами. Они распространены в умеренно влажных зонах с умеренно теплым режимом и достаточно хорошей обеспеченностью минеральным питанием. К мезофитам относятся растения лугов, травянистого покрова лесов, лиственные деревья и кустарники из областей умеренно влажного климата, а также большинство культурных растений и сорняки. Для мезофитов характерна высокая экологическая пластичность, позволяющая им адаптироваться к меняющимся условиям внешней среды.

Специфичные пути регуляции водообмена позволили растениям занять самые различные по экологическим условиям участки суши. Многообразие способов приспособления лежит, таким образом, в основе распространения растений на Земле, где дефицит влаги является одной из главных проблем экологической адаптации.

Адаптации животных к водному режиму. Способы регуляции водного баланса у животных разнообразнее, чем у растений. Их можно разделить на поведенческие, морфологические и физиологические.

К числу поведенческих приспособлений относятся поиски водоемов, выбор мест обитания, рытье нор и т. д. В норах влажность воздуха приближается к 100%, что снижает испарение через покровы, экономит влагу в организме.

К морфологическим способам поддержания нормального водного баланса относятся образования, способствующие задержанию воды в теле; это раковины наземных моллюсков, отсутствие кожных желез и ороговение покровов пресмыкающихся, хитинизированная кутикула насекомых и др.

Физиологические приспособления регуляции водного обмена можно разделить на три группы: 1) способность ряда видов к образованию метаболической воды и довольствованию влагой, поступающей с пищей (многие насекомые, мелкие пустынные грызуны); 2) способность к экономии влаги в пищеварительном тракте за счет всасывания воды стенками кишечника, а также образования высококонцентрированной мочи (овцы, тушканчики); 3) развитие выносливости к обезвоживанию организма благодаря особенностям кровеносной системы, эффективной терморегуляции потоотделением и отдачей воды со слизистых оболочек ротовой полости (верблюды, овцы, собаки).

Вместе с тем даже пойкилотермные животные не могут избежать потерь воды, связанных с испарением, поэтому основной путь сохранения водного баланса при жизни в пустыне - это избегание излишних тепловых нагрузок.