дистанційне навчання 27.09.14 для групи 14-3

Дистанційне навчання для групи 14-3 (27.09.14)

електронна пошта викладача Бабич І.В.

ipa1010@yandex.ua

(подати звіт про виконання завдання на пошту,

 або в коментарях до цього допису)

Еволюція прокаріотів. Гіпотези виникнення еукаріотів. 

Пригадайте:

Які особливості будови та життєдіяльності бактерій і ціанобактерій відрізняють їх від еукаріотів?

Як розвивалося життя в архейську еру?

Перші рештки живих організмів знайдено у австралійських та південноафриканських осадочних породах віком приблизно в 3,5 млрд років, які, на думку вчених, сформувались в архейську еру (почалась приблизно 4,5, а закінчилась - 2,5 млрд років тому). Це були прокаріоти, представлені залишками карбонатних оболонок колоній ціанобактерій та клітинними стінками бактерій різної форми (кулясті, паличкоподібні та ниткоподібні) (мал. 188, 189).

  

На відміну від еукаріотів, еволюція яких відбувалась у більш-менш стабільних геохімічних умовах, первинні бактеріальні екосистеми докорінно змінили ці умови протягом архейської ери та самі пристосувались до них, у свою чергу, змінившись.

Перші осадочні породи мають вік близько 3,8 млрд років; вони переважно є наслідком життєдіяльності залізобактерій (поклади залізної руди), зелених і пурпурних бактерій (поклади сірки), можливо, нафти та природного газу. У результаті фотосинтезуючої діяльності ціанобактерій в атмосфері поступово накопичилась значна кількість Кисню та утворився озоновий шар. Це спричинило появу енергетично вигіднішого кисневого дихання і, відповідно, аеробних прокаріотів.

На кінець архейської ери бактерії в морях та океанах повністю здійснювали всі ті біогенні геохімічні процеси, що й нині - біогенну міграцію різних хімічних елементів та перетворенняенергії в ланцюгах живлення.

Які особливості еволюції прокаріотів?

Еволюційних змін у будові прокаріотів майже не відбувалось: усі їхні викопні форми не відрізняються від сучасних. Це пояснюють насамперед тим, що серед них немає багатоклітинних організмів, тобто прокаріоти нездатні до диференціації клітин та ускладнення організації. Внаслідок простої будови геному (єдина кільцева молекула ДНК) у них легко відбувається горизонтальний (між різними видами) транспорт спадковоїінформації за допомогою переносу фрагментів ДНК вірусами-бактеріофагами з однієї бактеріальної клітини в іншу. Крім того, спадкові властивості бактеріальних клітин можуть значно змінюватися під впливом плазмід.

Плазміди, або позаклітинні фактори спадковості, - ланцюжки з кількох нуклеотидів. Вони часто перебувають поза організмами і за певних умов можуть потрапляти всередину прокаріотних клітин і вбудовуватися в їхні ДНК. Тому у прокаріотів відбувається здебільшого біохімічна, або функціональна, еволюція. Вони здатні опановувати різні адаптаційні зони, виробляючи нові ферменти для засвоєння тих чи інших поживних речовин.

В еукаріотів подібні форми зміни спадковості через складність геному та взаємодію генів призводять до загибелі клітини і тому не можуть бути факторами еволюції.

У прокаріотних екосистемах відсутні ланцюги виїдання через нездатність бактерій до фагоцитозу. Тому ланцюги живлення прокаріотних біогеоценозів мало розгалужені, а їхня видова різноманітність незначна. Отже, прокаріотні екосистеми мають невисоку здатність до саморегуляції.

Пригадайте:

Що таке колоніальні та багатоклітинні організми?

Які основні етапи ембріогенезу багатоклітинних тварин?

Як розвивалось життя у протерозойську еру?

Протягом першої половини протерозойської ери (почалась 2,5 млрд, закінчилась - близько 0,6 млрд років тому) прокаріотні екосистеми опанували весь світовий океан. Близько 2 млрд років тому з'явилися первісні одноклітинні еукаріоти, які швидко  дивергували на рослини (водорості), тварин (найпростіші) та гриби.

Як спосіб досягнення біологічного прогресу для еукаріотів характерне ускладнення організації в процесі історичного розвитку. Вже в одноклітинних організмів (водорості, інфузорії) клітини побудовані дуже складно. Поява багатоклітинних організмів - ще один прояв здатності еукаріотів до ускладнення будови. Більшість учених вважає, що багатоклітинні організми походять від колоніальних унаслідок диференціації клітин останніх.

У чому суть симбіотичної гіпотези походження еукаріотів?

Є кілька гіпотез походження еукаріотів, з яких у наш час найпопулярніша симбіотична, її послідовники вважають, що двомембранні органели, які мають свій геном і здатні до розмноження поділом (пластиди та мітохондрії) - нащадки симбіотичних прокаріотів, котрі втратили здатність до існування поза клітиною хазяїна. Спільне існування кількох видів прокаріотів привело врешті-решт до появи еукаріотичних клітин.

Як розвивалося життя у вендському періоді?

Вендський період - останній період протерозойської ери - тривав близько 80 млн років. У цей час на мілководдях морів сформувались біогеоценози, основними продуцентами в яких були ціанобактерії та перші зелені водорості. Найпоширенішими тваринами були різноманітні кишковопорожнинні: поліпи та медузи (мал. 190).

Деякі з них досягали метра в діаметрі. Від таких форм з променевою симетрією в середині періоду утворилися повзаючі та плаваючі двобічносиметричні тварини. Серед них були несегментовані та сегментовані організми, у деяких з останніх на кожному сегменті тіла розташовувалась пара кінцівок. Наприкінці періоду внаслідок біосферної кризи, спричиненої зледенінням, вендські екосистеми зруйнувались і більшість їхніх видів вимерло.

Контрольні запитання:

1. Які залишки живих істот відомі з архейської ери?
2. У чому полягають особливості еволюції прокаріотів?
3. Чому прокаріотні екосистеми мають обмежену здатність до саморегуляції?
4. Коли з'явилися і що становили собою перші еукаріотичні організми?
5. Що стверджує симбіотична гіпотеза походження еукаріотів?
6. Які екосистеми існували у вендський період?

Поміркуйте:

Який тип ланцюгів живлення можливий у прокаріотних екосистемах?

Які еволюційні переваги одержали еукаріоти внаслідок ускладнення організації?

дистанційне навчання 27.09.14 для групи 17-2, 16-2

Дистанційне навчання для групи 17-2, 16-2 (27.09.14)

електронна пошта викладача Бабич І.В.

ipa1010@yandex.ua

(подати звіт про виконання завдання на пошту,

 або в коментарях до цього допису)

Тема: Популяція. Структура популяції.

Пригадайте: 

Що таке вид і популяція?

Що таке екологічна характеристика виду?

Кожен вид організмів у процесі свого історичного розвитку пристосовується до певних умов існування, що визначає його ареал. Взаємодія популяцій виду з усім комплексомекологічних факторів певного середовища існування, в тому числі з популяціями інших видів, визначає місце його популяцій у системі біогеоценозу - екологічну нішу.

Екологічна ніша - це просторове і трофічне положення популяції певного виду в біогеоценозі, комплекс його взаємозв'язків з іншими видами і вимог до умов довкілля. Екологічна ніша популяції певного виду в даному біогеоценозі визначається як абіотичними факторами, так і біотичними (взаємодіями з популяціями інших видів). Від біотичних факторів залежить, наскільки екологічні можливості певного виду будуть реалізовані в умовах конкретного біогеоценозу. Чим ближчі екологічні ніші популяцій різних видів в одному біогеоценозі, тим гостріша між ними конкуренція за ресурси. Внаслідок такої конкуренції або один вид витискує інший з даного біогеоценозу, або їхні вимоги до умов довкілля (характеру їжі, просторового розміщення, часу розмноження тощо) змінюються (мал. 127).

Наприклад, ярусне розташування різних видів рослин у біогеоценозі знижує їхню конкуренцію за світло.

Популяції видів із широкими екологічними можливостями в різних біогеоценозах можуть займати різні екологічні ніші. Сукупність екологічних ніш, які займають різні популяції певного виду в різних біогеоценозах, становить екологічну характеристику виду.

Поняття екологічна ніша не слід плутати з місце-існуванням виду. Місцеіснування виду - це частина простору в біогеоценозах, заселена популяціями даного виду, яка забезпечує їх потрібними ресурсами.

Що таке життєві форми організмів?

Пристосування еукаріотичних організмів до певних умов середовища неодмінно позначається на їхній будові та процесах життєдіяльності. Так виникають морфофізіологічніадаптації, які сприяють успішному здійсненню життєвих функцій і виживанню організмів кожного виду.

Якщо організми віддалених систематичних груп мешкають у подібних умовах, у них можуть формуватися і подібні адаптації. Наприклад, ласти китоподібних і ластоногих (ссавців, які пристосувалися до життя у водному середовищі) зовні нагадують плавці акул (хрящові риби). Тип морфофізіологічних пристосувань організмів до умов середовища і певного способу життя називають життєвою формою. Життєва форма свідчить про спосіб життя виду і є одиницею екологічної класифікації організмів.

У тварин класифікація життєвих форм залежить від того, який критерій покладено в її основу (тип живлення, характер місцеіснування тощо).

Наприклад, серед ссавців можна виділити такі життєві форми: наземні (коні, зебри, вовки), підземні, або землериї (кріт, сліпак), деревні (білки), повітряні (кажани), водяні (китоподібні, ластоногі).

У рослин життєва форма - це насамперед їхній зовнішній вигляд, який відображає характер пристосованості до умов середовища. Так, у вищих рослин, виділяють такі життєві форми: дерева, кущі, напівкущі, трави (мал. 128).

Серед цих життєвих форм незалежно один від одного можуть виникати ліаноподібні форми, сукуленти (багаторічні рослини із соковитим стеблом або листками), сланкі форми та ін.

Яка структура виду?

На території, яку займає вид, окремі особини зібрані в більш-менш відмежовані одна від одної групи - популяції. Популяція (від лат. популюс - народ, населення) - сукупність особин одного виду, які тривалий час мешкають у певній частині його ареалу частково чи повністю ізольовано від інших подібних угруповань.

Існування виду в формі популяцій пов'язане з нерівномірністю розподілу сприятливих умов існування по його ареалу. Наприклад, білка звичайна поширена в Євразії, але мешкає лише в лісах певних типів, які розділені іншими рослинними угрупованнями, річками, горами. Тому кожен із таких лісів має одну або кілька популяцій білки. Отже, чим різноманітніші умови існування на території поширення виду, тим більшою буде кількість популяцій, з яких він складається.

Ступінь відокремленості популяцій може бути різним. За значних географічних перешкод популяції одного виду можуть бути повністю відокремлені одна від одної (наприклад, популяції риб з різних озер). Якщо ж умови існування на території поширення виду відносно однорідні, то окремі популяції можуть бути відокремлені нечітко (популяції гризунів, які мешкають у степах і пустелях).

Популяція як структурна одиниця виду характеризується певними показниками. Так, кожна популяція має певну чисельність, тобто кількість особин, які її складають. Кожна популяція в біогеоценозі займає певну площу або об'єм (популяції мешканців водойм). Густота популяції визначається середньою кількістю особин, що припадає на одиницю площі або об'єму. Біомаса - це маса особин у перерахунку на одиницю площі або об'єму. Народжуваність - кількість особин популяції, які народилися за певний час, а смертність - кількість особин, яка гине за цей самий час. Різниця між народжуваністю і смертністю становить приріст популяції. За певних умов він може бути або позитивним, або негативним.

Які особливості структури популяцій?

Кожна популяція характеризується певною структурою: статевою, віковою, просторовою тощо. Структура популяції має пристосувальне значення, оскільки формується внаслідок взаємодії особин популяції з умовами довкілля. Вона динамічна, тобто зміни умов середовища життя спричинюють і відповідні зміни структури популяції.

Статеву структуру популяції визначає співвідношення особин різних статей, а вікову - розподіл її особин за віковими групами. Цей важливий показник характеризує стан популяції. Так, різке скорочення частки нестатевозрілих особин свідчить про можливе зниження чисельності популяції в майбутньому, коли ці особини стануть статевозрілими і залишать нечисленне потомство. Розподіл особин популяції по території, яку вона займає, визначає її просторову структуру.

Залежно від характеру використання території популяції тварин поділяють на осілі, кочові й мігруючі. Популяції ОСІЛИХ ВИДІВ (бурі ведмеді, кроти, дощові черв'яки тощо), як правило, тривалий час мешкають на одній і тій самій території. Популяції кочових видів у пошуках їжі або оптимальних умов життя здатні пересуватись на відносно незначні відстані (шпаки, песці, сірі ворони). Кочовий спосіб життя дає можливість уникнути швидкого виснаження ресурсів довкілля, а також краще пристосуватись до сезонних змін клімату.

Популяції мігруючих видів закономірно змінюють місця існування, просторово значно віддалені. Міграції, як і кочівлі, часто зумовлені сезонними змінами у навколишньому середовищі й відбуваються, як правило, за певними маршрутами. Міграції бувають періодичними (перелітні птахи, прохідні риби) і неперіодичними.

Останні спричиняються несприятливими змінами умов довкілля, виснаженням кормової бази, масовим розмноженням тощо (наприклад, міграції перелітної сарани, білок, лемінгів). Просторова структура популяції дає змогу найповніше використовувати ресурси середовища життя.

Етологічна структура популяції - це система взаємозв'язків між: особинами, яка проявляється в поведінці. Науку про біологічні основи поведінки тварин називають етологією (від грец. етос - характер, норов і логос). Особинам різних видів властивий поодинокий або груповий спосіб життя. У першому випадку особини популяції більш-менш розділені просторово і збираються разом лише на період розмноження, міграцій тощо (скорпіони, тетеруки, качки-крижні та ін.). Груповий спосіб життя пов'язаний з утворенням постійних родин, колоній, зграй, табунів тощо. Спільне існування організмів у вигляді постійних груп сприяє кращому пристосуванню до умов довкілля (захист від хижаків, ефективне полювання, виживання молоді тощо).

Зазвичай у цих угрупованнях кожна особина займає певне положення (ранг), яке визначає поведінку, черговість доступу до їжі, участі (або неучасті) у розмноженні тощо (мал. 129).

Пригадайте:

Які фактори впливають на чисельність популяцій?

Що таке стрес?

Що таке популяційні хвилі?

Чисельність і густота популяцій, які мешкають навіть у стабільних умовах, можуть періодично або неперіодично змінюватись під впливом різноманітних факторів. Коливання чисельності популяцій дістали назву популяційних хвиль, або хвиль життя (мал. 130).

[[|]]

Це поняття ввів російський біолог С.С. Четвериков.

Популяційні хвилі можуть бути сезонними чи несезонними. Сезонні популяційні хвилі зумовлені особливостями життєвих циклів організмів або сезонними змінами кліматичних факторів. Наприклад, за умов чітко виражених сезонних змін довкілля, розмноження організмів, як правило, припадає на сприятливі періоди року, а в несприятливі, навпаки, спостерігають підвищену смертність, особливо видів із нетривалим терміном життя. Приміром, комахи розмножуються переважно наприкінці весни-влітку, а наприкінці осені та взимку значна частина особин їхніх популяцій гине.

Несезонні популяційні хвилі можуть бути спричинені зміною інтенсивності дії різних екологічних факторів (наприклад, спрямовані протягом тривалого історичного періоду зміни кліматичних факторів, інтенсивний вплив хижаків або паразитів, господарська діяльність людини).

Як регулюється чисельність популяцій?

Ви знаєте, що чисельність популяції залежить від рівня народжуваності й смертності особин, які входять до її складу. Якщо інтенсивність народжуваності перевищуватиме смертність, то приріст популяції буде позитивним, якщо ж навпаки - негативним. Тривалий негативний приріст популяції з часом може спричинити її зникнення.

Рівень народжуваності та смертності особин популяції залежить від багатьох чинників, насамперед від ресурсів, потрібних для її нормального існування (наявність їжі, води, місць гніздування). За низької густоти популяції, коли є надлишкові ресурси, необхідні для її існування, народжуваність перевищуватиме смертність, а за надто високої — навпаки. Надмірне зростання густоти популяції спричинює виснаження ресурсів середовища існування і тому є негативним явищем. Зниження густоти популяції є сигналом для запровадження заходів щодо її охорони.

Теоретично для кожного комплексу умов середовища є певна оптимальна густота популяції того чи іншого виду, за якої народжуваність і смертність врівноважуватимуть одна одну. В цьому випадку не відбувається ні зростання, ні зменшення чисельності популяції. Такий врівноважений стан популяції відповідає поняттю ємності середовища існування - його здатність забезпечити нормальну життєдіяльність певній кількості особин популяції без помітних порушень у довкіллі. При цьому рівень споживання ресурсів має врівноважуватись їхнім відновленням. Як тільки густота популяції стає вищою чи нижчою певного рівня, в ній спрацьовують процеси саморегуляції, що приводять цей показник у відповідність до ємності середовища існування. Зміни чисельності популяції проявляються у вигляді популяційних хвиль.

Густота популяції залежить і від змін інтенсивності дії кліматичних факторів. Популяції рослин і тварин, що мають тривалий період розвитку, як правило, характеризуються відносно повільними темпами розмноження і порівняно слабкою чутливістю до змін кліматичних факторів. Зміни чисельності популяцій таких видів значно розтягнені в часі: періоди зростання чисельності та її зниження спостерігаються раз у декілька років.

Так, дослідження змін чисельності популяцій рисі показали, що її максимум спостерігається приблизно раз на 10 років і пов'язаний зі зростанням чисельності популяцій зайця, який слугує рисі кормовою базою (мал. 131).

Натомість, організми з нетривалими періодами розвитку, як правило, здатні до інтенсивного розмноження. Тому вони чутливіші до змін умов довкілля і їхня чисельність може значно змінюватися за незначний проміжок часу.

На зміни чисельності популяцій впливають взаємозв'язки з популяціями інших видів. Так, чисельність популяцій паразитів залежить від чисельності популяцій їхніх хазяїв, популяцій хижаків - популяцій здобичі.

Густота популяцій тварин регулюється також їхньою територіальною поведінкою. Наприклад, у деяких ссавців (бурих ведмедів, тигрів, зубрів) окремі особини або родини займають певні ділянки, які вони мітять за допомогою пахучих речовин або подряпин на стовбурах дерев і охороняють від інших особин свого виду (мал. 132).

Завдяки цьому густота популяції обмежується кількістю придатних для існування ділянок.

Регуляції чисельності популяцій тварин сприяють і фізіологічні процеси, зокрема стресова поведінка. Коли густота популяції перевищує певний рівень, в її особин спостерігають затримку росту й статевого дозрівання, підвищену агресивність, поїдання особин свого виду (канібалізм).

Уникненню надмірної густоти популяції сприяє розселення (мал. 133), коли частина особин мігрує на незайняті території або до інших популяцій, з низькою густотою.

Особливо інтенсивне розселення відбувається у роки масового розмноження організмів. Наприклад, перелітна сарана утворює численні зграї, здатні долати значні відстані.

Що таке гомеостаз популяцій?

Унаслідок пристосування до умов середовища життя у різних видів виробилися різноманітні механізми, які дають змогу уникнути необмеженого зростання чисельності популяцій і, відповідно, перенаселення і виснаження ресурсів довкілля. Ці механізми сприяють підтриманню густоти популяцій на відносно сталому рівні, особливо у видів з тривалими періодами індивідуального розвитку. Підтримання чисельності популяції на певному, оптимальному для даного середовища життя рівні, дістало назву гомеостаз популяції. На гомеостаз популяції впливають абіотичні фактори, а також міжвидові й внутрішньовидові взаємозв'язки.

Контрольні запитання:

1. Що таке екологічна ніша?
2. Що таке місцеіснування виду?
3. Що таке життєва форма організмів?
4. Що таке популяція?
5. Чому вид існує у вигляді системи популяцій?
6. Які показники характеризують стан популяції?
7. Що таке структура популяції? Чим вона визначається?
8. Чим спричинені популяційні хвилі?
9. Від чого залежить народжуваність і смертність особин популяції?
10. Як регулюється чисельність популяцій?
11. Що таке ємність середовища існування?
12. Яким чином забезпечується гомеостаз популяцій?

Поміркуйте:

Від чого залежить ступінь відокремленості популяцій?

Чому життєву форму вважають одиницею екологічної класифікації організмів?

Яким чином особливості життєвого циклу організмів впливають на характер популяційних хвиль?

дистанційне навчання 27.09.14 для групи 13-2

Дистанційне навчання для групи 13-2 (27.09.14)

електронна пошта викладача Бабич І.В.

ipa1010@yandex.ua

(подати звіт про виконання завдання на пошту,

 або в коментарях до цього допису)

Тема: Методи генетичних досліджень

Методи генетичних досліджень. Генетичні дослідження здійснюють у кількох основних напрямах: вивчення матеріальних носіїв спадкової інформації — генів, а також закономірностей її зберігання і передачі нащадкам; дослідження залежності проявів спадкової інформації у фенотипі від певних умов довкілля; встановлення причин змін спадкової інформації та механізмів їх виникнення; вивчення генетичних процесів, які відбуваються в популяціях організмів.

Результати генетичних досліджень проблем спадковості й мінливості є теоретичною базою для вирішення практичних питань. Основою сучасної селекції (науки про створення нових порід і сортів) слугують уявлення про генетичні наслідки різних типів схрещування, вплив штучного добору на спадкові ознаки організмів, значення чинників довкілля для розвитку ознак тощо.

Головні напрями медичної генетики — профілактика і лікування спадкових захворювань, дослідження мутагенних факторів з метою захисту від них генотипу людини тощо. Генетика є теоретичною базою і для генетичної (генної) інженерії (штучний синтез генів, виділення генів з організму, перенесення генів з одних організмів в інші тощо).

Методи генетичних досліджень. У вирішенні теоретичних і практичних генетичних проблем залежно від рівня організації живої матерії (молекулярний, клітинний, організмовий, популяційно-видовий) учені застосовують відповідні методи досліджень.

Гібридологічний метод, застосований Г. Менделем, полягає в схрещуванні (гібридизація) організмів, які відрізняються за певними станами однієї чи кількох спадкових ознак. Нащадків, одержаних від такого схрещування, називають гібридами (від грец. гібрида — Суміш). Гібридизація лежить в основі гібридологічного аналізу - дослідження характеру успадкування станів ознак за допомогою системи схрещувань.

Схрещування буває моногібридним, дигібридним і полігібридним. Моногібридне схрещування — це поєднання батьківських форм, які відрізняються різними станами лише однієї спадкової ознаки (наприклад, кольором насіння); дигібридне - двох ознак (наприклад, кольором насіння та структурою його поверхні), полігібридне — трьох і більше.

Генеалогічний метод полягає у вивченні родоводів організмів. Це дає змогу простежити характер успадкування різних станів певних ознак у ряді поколінь. Він широко застосовується в медичній генетиці, селекції тощо. За його допомогою встановлюють генотип особин і вираховують ймовірність прояву того чи іншого стану ознаки у майбутніх нащадків.

Родоводи складають у вигляді схем за певними правилами: організм жіночої статі позначають колом, чоловічої - квадратом. Позначення особин одного покоління розташовують у рядок і з'єднують між собою горизонтальними лініями, а батьків і нащадків - вертикальною.

Популяційно-статистичний метод дає можливість вивчати ти частоти зустрічальності алелей у популяціях організмів, а також генетичну структуру популяцій. Крім генетики популяцій, його застосовують й у медичній генетиці для вивчення поширення певних алелей серед людей (головним чином тих, які визначають ті чи інші спадкові захворювання). Для цього вибірково досліджують частину населення певної території і статистичне обробляють одержані дані.

Наприклад, за допомогою цієї методики було виявлено, що алель, яка зумовлює дальтонізм (порушення сприйняття кольорів), трапляється у 13% жінок (з них хвороба проявляється лише у 0,5%) та у 7% чоловіків (хворі всі).

Цитогенетичний метод ґрунтується на дослідженні особливостей хромосомного набору (каріотипу) організмів. Вивчення каріотипу дає змогу виявляти мутації, пов’язані зі зміною як кількості хромосом, так і структури окремих із них. Каріотип досліджують у клітинах на стадії метафази, бо в цей період клітинного циклу структура хромосом виражена найчіткіше.

Цей метод застосовують і в систематиці організмів (каріосистематика). Так, багато видів-двійниюв (видів, яких важко, а іноді навіть неможливо розпізнати за іншими особливостями) розрізняють за хромосомним набором. Такі випадки відомі серед комах, земноводних, гризунів тощо. Наприклад, у 30-ті роки XX сторіччя вчені звернули увагу на різну частоту захворювань малярією у розташованих поруч місцевостях. Дослідження каріотипу малярійного комара показало, що це не один вид, як вважали раніше, а комплекс видів-двійників, одні з яких переносять збудників малярії, а інші - ні.

Біохімічні методи використовують для діагностики спадкових захворювань, пов'язаних із порушенням обміну речовин. За їхньою допомогою виявляють білки, а також проміжні продукти обміну, невластиві даному організмові, що свідчить про наявність змінених (мутантних) генів. Відомо понад 500 спадкових захворювань людини, зумовлених такими генами (наприклад, цукровий діабет).

Близнюковий метод полягає у вивченні однояйцевих близнят (організмів, які походять з однієї зиготи). Однояйцеві близнята завжди однієї статі, бо мають однакові генотипи. Досліджуючи такі організми, можна з'ясувати роль чинників довкілля у формуванні фенотипу особин: різний характер їхнього впливу зумовлює розбіжності у прояву тих чи інших станів певних ознак.

Окрему групу становлять методи генетичної інженерії, за допомогою яких учені виділяють із організмів окремі гени або синтезують їх штучно, перебудовують певні гени, вводять їх у геном іншої клітини або організму. Геном — сукупність генів гаплоїдного набору хромосом організмів певного виду. Крім того, вчені можуть сполучати гени різних видів в одній клітині, тобто поєднувати в одній особині спадкові ознаки, притаманні цим видам.

Вода та інші неорганічні речовини в живих організмах (Підручник)

Неорганічні сполуки: вода та мінеральні солі.

Гіпермаркет Знань>>Біологія>>Біологія 10 клас>> Біологія: Неорганічні сполуки: вода та мінеральні солі.

Неорганічні сполуки: вода та мінеральні солі. 

Які властивості води?

Серед неорганічних сполук живих організмів особлива роль належить воді. Вода є основним середовищем, у якому відбуваються процеси обміну речовин та перетворення енергії. Вміст води в більшості живих організмів становить 60-70%, а в деяких (наприклад, у медуз) до 98%. Вода утворює основу внутрішнього середовища живих організмів (крові, лімфи, міжклітинної рідини).

Вода має унікальні хімічні та фізичні властивості.

Порівняно з іншими рідинами в неї відносно висока температура кипіння і випаровування. Молекула води (Н₂0) складається з двох атомів Гідрогену, які пов'язані міцним ковалентним зв'язком з атомом Оксигену. Молекула води електронейтральна, бо на її різних полюсах розташовані позитивний та негативний електричні заряди. Це визначає і таку властивість молекули води, як полярність. Саме завдяки полярності сусідні молекули води можуть притягуватись одна до одної: сили електричної взаємодії виникають між негативним зарядом на атомі Оксигену однієї молекули та позитивним зарядом на атомі Гідрогену іншої. Такий тип зв'язку називають водневим. Він у 15-20 разів слабший за ковалентний (мал. 2).

Мал. 2. Просторова структура молекули води (1) та утворення водневого зв'язку (2)

Які функції води в клітині?

Вода визначає внутрішньоклітинний тиск (тургор) та об'єм клітин. Вона здатна формувати водну оболонку навколо певних сполук (наприклад, білків), що запобігає їхній взаємодії між собою. Таку воду називають зв'язаною (структурованою). її частка становить 4-5% від загальної кількості води в організмі. Іншу частину води (95-96%), не зв'язану з іншими сполуками, називають вільною. Саме вільна вода є універсальним розчинником, кращим, ніж більшість інших рідин.

Залежно від того, розчиняються певні сполуки у воді чи ні, їх умовно поділяють на гідрофільні, або полярні, та гідрофобні, або неполярні. До гідрофільних (від грец. хідор - вода та філіа - люблю) сполук, здатних розчинятись у воді, належить більшість солей, наприклад, кухонна сіль (NаСІ). Вода розчиняє більшість речовин, які містять групи (-ОН, -СООН та ін.), здатні іонізуватися (тобто розпадатися на електрично заряджені частинки) під час взаємодії з нею.

Гідрофобні (від грец. фобос - страх) сполуки (майже всі жири, деякі білки та ін.) містять неполярні групи (-СН, -СН₂СН₃ та ін.), які не взаємодіють з водою, тому в ній не розчиняються.

Вода як універсальний розчинник відіграє надзвичайно важливу роль у живих організмах, оскільки більшість біохімічних реакцій відбувається у водних розчинах. Надходять речовини у клітини та виводяться з них продукти життєдіяльності також переважно в розчиненому вигляді. Вода бере безпосередню участь у реакціях гідролізу (від грец. лізіс - розкладання) - розщеплення органічних сполук з приєднанням до місця розриву іонів молекули води (Н⁺ та ОН^-).

З водою пов'язана також регуляція теплового режиму організмів.

Їй притаманна велика теплоємність, тобто здатність поглинати тепло за незначних змін власної температури. Завдяки цьому вода запобігає різким змінам температури в клітинах і в організмі в цілому за значних її коливань у навколишньому середовищі. Під час випаровування води організми витрачають багато тепла. Так вони захищають себе від перегрівання. Завдяки високій теплопровідності, вода забезпечує рівномірний розподіл теплоти між тканинами організму, циркулюючи по порожнинах органів і тіла (порожнинна рідина, кров, лімфа тощо).

Важливе біологічне значення для функціонування організмів має і те, що вода під впливом розчинених у ній речовин може змінювати свої властивості, зокрема температуру замерзання і кипіння. Так, із настанням зими у клітинах морозостійких рослин і холоднокровних тварин підвищується концентрація розчинних вуглеводів та інших сполук (наприклад, гліцерину). Це перешкоджає переходу води в організмах у кристалічний стан і таким чином запобігає їхній загибелі.

На перебіг біохімічних реакцій у водних розчинах істотно впливає концентрація іонів гідрогену у воді, її оцінюють за водневим показником - рН (значення від'ємного десяткового логарифму концентрації іонів гідрогену).

Які ще неорганічні сполуки, крім води, е в організмах? Які їхні функції?

Для підтримання процесів життєдіяльності окремих клітин і організму в цілому важливе значення мають солі неорганічних (мінеральних) сполук. У живих організмах вони розчинені в воді (у вигляді іонів) або перебувають у вигляді твердих сполук. Іони утворені катіонами металів (калію, натрію, кальцію, магнію тощо) і аніонами кислот (хлоридної - СІ^-, сульфатної - НSO₄^-, SO₄^2-, карбонатної - НСО₃^-, фосфатної - Н₂РО₄^-, НРО₄^2- та ін.).

Різна концентрація К⁺ і Na⁺ поза клітинами та всередині них спричинює виникнення різниці електричних потенціалів на плазматичних мембранах клітини. Це забезпечує передачу нервових імпульсів, а також транспорт речовин через мембрани. Регуляторну функцію та активацію багатьох ферментів здійснюють Са²⁺ і Мg²⁺. Сполуки кальцію (СаСО₃) входять до складу черепашок молюсків і найпростіших (радіолярій) внутрішньоклітинний скелет побудований з двооксиду силіцію (SіО₂) або сульфатнокислого стронцію (SrSO₄).

Важливі функції виконують також неорганічні кислоти. Так, хлоридна кислота створює кисле середовище в шлунку хребетних тварин і людини, забезпечуючи цим активність ферментів шлункового соку. Залишки сульфатної кислоти, приєднуючись до нерозчинних у воді сполук, забезпечують їхню розчинність. Це сприяє виведенню даних сполук з клітин і організму.

Загальний вміст неорганічних речовин у клітинах різних типів варіює в межах від одного до декількох відсотків.

Контрольні запитання

1. Що вивчає наука біохімія?
2. У яких співвідношеннях перебувають у живих клітинах різні хімічні елементи?
3. Які властивості води як основи внутрішнього середовища організмів?
4. Які функції виконує вода в живих організмах?
5. У якому стані в клітині перебувають солі? Які їхні функції в живих організмах?

Поміркуйте

Які особливості будови молекул води забезпечують її властивості?
Як фізико-хімічні властивості води забезпечують процеси життєдіяльності окремих клітин і всього організму?
 

М.Є. Кучеренко, Ю.Г. Первес, П.Г. Балан, В.М. Войціцький, Загальна біологія, 10 клас
Вислано читачами інтернет-сайту.

Роль неорганічних речовин у життєдіяльності організмів 

Пригадайте:

які основні класи неорганічних сполук виявляють у живих організмах?

Які їхні функції?

Що таке радіонукліди, ізотопи?

Вам уже відомо, що всі хімічні речовини поділяють на органічні та неорганічні. Загальний вміст неорганічних речовин (крім води) у різних клітинах варіює в межах від одного до декількох відсотків. Серед неорганічних речовин важливу роль у забезпеченні функціонування окремих клітин і цілісних організмів відіграють вода, неорганічні кислоти, луги та солі.

Солі неорганічних кислот усередині живих організмів розчинені у воді (у вигляді йонів) або перебувають у твердому стані (наприклад, солі Кальцію та Фосфору у складі скелета людини та більшості хребетних тварин) (мал. 5.1).

Вони утворені катіонами металічних елементів (Калію, Натрію, Кальцію, Магнію тощо) та аніонами неорганічних кислот (СІ-, Н804 , 802-, НСО3, Н2РО4, НРО2- та ін.).

Різна концентрація йонів №+ і К+ поза клітинами та всередині них приводить до виникнення різниці електричних потенціалів на мембранах, які оточують клітини. Це забезпечує транспорт речовин через мембрани, а також передачу нервових імпульсів. До складу багатьох ферментів входять йони Са²⁺ і Мд²⁺, які забезпечують їхню активність. Присутність у плазмі крові йонів Са²⁺ - необхідна умова зсідання крові. За нестачі солей Кальцію порушується робота серцевого та скелетних м'язів (зокрема, виникають судоми).

Сталий уміст натрій хлориду (0,9 %) у плазмі крові - необхідна складова підтримання гомеостазу нашого організму. Розчин натрій хлориду такої концентрації ще називають фізіологічним. Його використовують при ін'єкціях певних ліків або вводять за незначних крововтрат (пригадайте, з якою метою).

Щодоби до організму людини має надходити 12-15 г кухонної солі (№С1). Всмоктування солей починається ще в шлунку, а завершується в кишечнику. Рецептори, розташовані у стінках кровоносних судин і тканинах, здатні визначати концентрацію солей. Імпульси від цих рецепторів надходять до гіпоталамуса, який, у свою чергу, регулює діяльність залоз внутрішньої секреції. Залежно від вмісту солей в організмі під впливом нейрогуморальної регуляції змінюється їхній вміст у сечі.

Через порушення обміну речовин солі можуть відкладатися у суглобах, що спричиняє важкі захворювання - остеохондроз та подагру, за яких спотворюються суглоби кінцівок, втрачається гнучкість хребта, розвиваються напади болю в нирках. Ці захворювання можуть призвести до зменшення рухомості та втрати працездатності. Щоб їх уникнути, необхідно вести активний спосіб життя, не зловживати м'ясними та жирними стравами, сіллю та іншими приправами, відмовитися від алкоголю.

У порожнинах органів або їхніх вивідних проток можуть формуватися щільні утворення - «камені». Найчастіше вони утворюються в нирках, жовчному міхурі, ниркових мисках і сечовому міхурі при відкладанні там кальцієвих солей органічних (сечова та щавлева) або неорганічних (карбонатної чи ортофосфатної) кислот. Унаслідок розвивається сечокам'яна хвороба - камені, поступово збільшуючись, спочатку викликають болі в поперековій ділянці, а потім, просуваючись через сечовивідні шляхи, -напади дуже сильного болю. Інколи камені закупорюють сечоводи і тоді, аби врятувати життя хворого, застосовують хірургічне втручання.

Важливі функції виконують в організмі і неорганічні кислоти.

Ми вже згадували, хлоридна кислота створює кисле середовище в шлунку хребетних тварин і людини, забезпечуючи активність ферментів шлункового соку. У людей, в шлунку яких хлоридної кислоти виробляється недостатня кількість, порушуються процеси перетравлення білків, можливе розмноження у шлунку великої кількості шкідливих бактерій тощо. Збільшення секреції хлоридної кислоти також небезпечне для організму людини, зокрема воно спричиняє печію.

Залишки сульфатної кислоти, приєднуючись до нерозчинних у воді сполук, забезпечують їхню розчинність. Це сприяє виведенню таких речовин у розчиненому стані з клітин і організму. Ортофосфатна кислота необхідна для синтезу АТФ (є універсальним накопичувачем енергії в клітині) та різних типів нуклеїнових кислот.

Кислотно-лужний баланс.

Внутрішнє середовище людини має певне співвідношення позитивних і негативних йонів - кислотно-лужний баланс. У разі його порушення можуть виникати важкі захворювання. Зокрема, при підвищенні вмісту позитивних йонів організм погано засвоює Кальцій, Натрій, Калій, а при зростанні вмісту негативних -повільніше засвоюється їжа, що негативно впливає на функції печінки і нирок, виникають алергічні стани, загострюються хронічні захворювання тощо.

Екологічні захворювання.

Не всі сполуки, які надходять в організми з водою та їжею, корисні для них. Наприклад, для організму людини небезпечне надходження солей важких металів (Плюмбуму, Хрому тощо) та радіонуклідів. Багато важких металів міститься у транспортних викидах. Тому обабіч великих автомобільних трас не слід збирати гриби, бо вони здатні накопичувати у своєму тілі ці речовини, а також радіонукліди. Ці сполуки можуть відіграти роль канцерогенних, тобто таких, що сприяють утворенню в організмі доброякісних та злоякісних пухлин, призводять до надмірного розмноження клітин крові: лейкоцитів (лейкози), рідше -еритроцитів (еритроцитози). Потрапивши в організм вагітної жінки, радіонукліди можуть зумовити вади розвитку зародка.

Для організму людини та тварин небезпечні радіоактивні ізотопи багатьох хімічних елементів: Йоду, Цезію, Стронцію, Урану та ін. Потрапляючи в організми, Стронцій-90 може відкладатись у кістках, заступаючи Кальцій. Унаслідок цього кістки стають ламкими. Ізотоп Йоду порушує функції щитоподібної залози. Значні концентрації радіонуклідів здатні накопичувати рослини. З рослинною їжею вони згодом потрапляють в організми тварин і людини.

Унаслідок аварії на ЧАЕС радіонуклідами забруднено понад 8,4 млн га земель, серед них 3,5 млн га орних. Якщо врахувати забрудненість ґрунтів України також важкими металами та отрутохімікатами (пестицидами), то нині в незадовільному стані перебуває близько 20 % території нашої країни. Найвищий рівень забрудненості ґрунтів важкими металами зафіксовано в Донецькій і Закарпатській областях. Так, у Донецькій області це пов'язано з діяльністю промислових підприємств і гірничодобувних шахт, а в Закарпатській -неодноразовими аваріями на гірничодобувних підприємствах Румунії, внаслідок чого значна кількість важких металів потрапила у р. Тису і під час її розливу -на сільськогосподарські угіддя.

Слід зазначити, що навколо великих промислових підприємств радіус забруднення токсичними речовинами становить від 1 до 20 км і їхня концентрація може перевищувати гранично допустиму в 5-10 разів. Істотним чинником забруднення ґрунтів є викиди вихлопних газів транспортом. Уміст Плюмбуму в ґрунті навіть на відстані 50 км від траси може перевищувати допустимий у 3-4 рази.

Високий вміст нітратів в їжі та воді шкідливий для організму людини.

Тому за вмістом нітратів, наприклад в овочах, має здійснюватися постійний контроль. Існують спеціальні норми вмісту нітратів та інших шкідливих сполук у продуктах харчування та воді. Згідно з ними визначені так звані гранично допустимі концентрації (ГДК). Якщо вміст шкідливих речовин у воді чи продуктах харчування перевищує показники ГДК, то такі продукти і воду мають вилучати з продажу і вжитку.

Забруднення атмосфери спричиняють викиди шкідливих для здоров'я людини й інших організмів відходів промислових підприємств, вихлопних газів автомобільного транспорту (сполук Сульфуру, Нітрогену, чадного газу СО, важких металів тощо). Підприємства будівельної і вугільної промисловості (цементні та гіпсові заводи, відкриті вугільні кар'єри тощо) є джерелами забруднення атмосфери пилом.

Особливу небезпеку для довкілля становлять кислотні дощі, спричинені забрудненням атмосфери сірчистим газом 802 (промислові підприємства та автотранспорт викидають в атмосферу понад 160 млн тонн сірчистого газу щорік) та оксидами Нитрогену (М20, М203 і М02). При з'єднанні з водою атмосфери ці речовини утворюють сильні неорганічні кислоти. На великих територіях промислово розвинених країн зареєстровано опади, кислотність яких перевищує нормальну від 10 до 1000 разів. Від кислотних дощів руйнуються екосистеми прісних водойм, гинуть ліси (мал. 5.2), знижується врожайність ґрунтів.

Під керівництвом Міжнародного союзу охорони природи та природних ресурсів (МСОП) нині розроблено стратегічні принципи побудови екологічно стабільного суспільства, які погоджено з урядами більшості країн світу. Однією з умов побудови такого суспільства є чітке обмеження (квотування) промислових викидів країнами світу. При цьому країни, які не повністю використовують свої квоти (це стосується, зокрема, України), можуть продавати невикористану частину квоти іншим. Отримані кошти використовують для впровадження методик, спрямованих на поліпшення стану довкілля.

Коротко про головне

Загальний вміст неорганічних речовин (крім води) у клітинах різних типів варіює в межах від одного до декількох відсотків. Серед цих сполук важливу роль у забезпеченні нормального функціонування окремих клітин і цілісних організмів відіграють кислоти, луги та солі.

П.Г. Балан, Ю.Г. Вервес, В.П. Поліщук. Біологія, 10 клас
Вислано читачами інтернет-сайту.

Функції води в життєдіяльності організмів

Пригадайте:

яка будова молекули води?

Як відбувається водно-сольовий обмін в організмі людини?

Що таке адаптації, транспірація, ковалентний і водневий типи зв'язків між молекулами?

Серед усіх хімічних сполук виняткова роль у забезпеченні процесів життєдіяльності організмів належить воді. Саме у водному середовищі виникло життя на нашій планеті, тому без води неможлива життєдіяльність жодних організмів.

Вміст води в організмах становить 60-70 %, а в деяких випадках - до 98 %. Цитоплазма більшості клітин містить приблизно 80 % води. Кров і лімфа людини містять понад 80 % води. Отже, вода утворює основу внутрішнього середовища організмів (цитоплазми одноклітинних тварин, крові, лімфи, порожнинної рідини багатоклітинних організмів, соків рослин тощо). У водному середовищі відбуваються процеси обміну речовин і перетворення енергії. Вода бере безпосередню участь у реакціях розщеплення органічних сполук.

Структура, властивості та функції' води.

Воді притаманні унікальні хімічні й фізичні властивості. Погляньте на малюнок 6.1: молекула води (Н2О) складається з двох атомів Гідрогену, сполучених з атомом Оксигену ковалентними зв'язками. На полюсах молекули води розміщені позитивні і негативний заряди, тобто вона полярна. Завдяки цьому дві сусідні молекули зазвичай взаємно притягуються за рахунок сил електростатичної взаємодії між негативним зарядом атома Оксигену однієї молекули та позитивним зарядом атома Гідрогену іншої.

При цьому виникає водневий зв'язок (мал. 6.2), у 15-20 разів слабший за ковалентний. Коли вода перебуває в рідкому стані, її молекули безперервно рухаються і водневі зв'язки постійно то розриваються, то виникають знову.
Частина молекул води формує водну оболонку навколо деяких сполук (наприклад, білків). Таку воду називають зв'язаною, або структурованою (4-5 % загальної кількості води в організмах). Структурована вода, що формує водну оболонку навколо певних молекул, запобігає їхній взаємодії. Крім того, вода бере участь у підтриманні структури певних молекул, наприклад білків. Решта 95-96 % води має назву вільної: вона не пов'язана з іншими сполуками.

Залежно від температури середовища вода здатна змінювати агрегатний стан. За зниження температури вода з рідкого стану може переходити в твердий, а за підвищення - у газуватий.

Утворення кристаликів льоду в клітинах організмів руйнує клітинні структури. Це призводить до загибелі клітин і всього організму. Саме тому ссавців і людину неможливо заморозити, а потім - розморозити без втрати здатності відновлювати процеси життєдіяльності.

Під впливом розчинених у ній речовин вода може змінювати свої властивості, зокрема точки температур замерзання (плавлення) і кипіння, що має важливе біологічне значення. Наприклад, у клітинах рослин з настанням зими підвищується концентрація розчинів вуглеводів, членистоногих - гліцерину, риб - білків тощо. Це знижує температуру, за якої вода переходить у твердий стан, що запобігає промерзанню. Уявіть собі: серед комах відомі льодовичники (мал. 6.3), здатні зберігати активність на сніговому покриві (вони мешкають і в Україні).

Молекулам води притаманна здатність до іонізації, коли вони розщеплюються на йони Гідрогену та гідроксилу. При цьому між молекулами води та йонами встановлюється динамічна рівновага:

Хоча іонізація хімічно чистої води дуже слабка (за температури +25 °С із 107 молекул тільки одна перебуває в іонізованому стані), вона відіграє важливу біологічну роль. Від концентрації йонів Гідрогену, яку оцінюють за водневим показником (рН - значення негативного десяткового логарифма концентрації йонів Н+), залежать структурні особливості та активність макромолекул тощо. Нейтральній реакції розчину відповідає рН 7,0. Якщо його значення нижче -реакція розчину кисла, вище - лужна. У різних частинах організму і навіть однієї клітини можна спостерігати різні значення водневого показника. Це важливо для здійснення процесів обміну речовин, оскільки одні ферменти активні в лужному середовищі, інші - у кислому. Наприклад, в інфузорії-туфельки травні вакуолі періодично «подорожують» по клітині, опиняючись то в кислому, то в лужному середовищі. При цьому послідовно активні то одні травні ферменти, то інші, що сприяє кращому перетравленню поживних речовин. Пригадайте; у людини та ссавців ферменти шлункового соку активні в кислому середовищі, а підшлункового - у лужному.

Водні розчини, здатні протистояти зміні їхнього показника рН при додаванні певної кількості кислоти або лугу, називають буферними системами. Вони складаються зі слабкої кислоти (донора Н+) і основи (акцептора Н+), здатних відповідно зв'язувати йони гідроксилу (ОН-) та Гідрогену (Н+), завдяки чому рН усередині клітини майже не змінюється.

Вода визначає фізичні властивості клітин - об'єм і внутрішньоклітинний тиск (тургор). Порівняно з іншими рідинами в неї відносно високі температури кипіння та плавлення, що зумовлено водневими зв'язками між молекулами води.
Вода - значно кращий розчинник, ніж більшість інших відомих рідин. Тому всі речовини поділяють на такі, що добре розчиняються у воді (гідрофільні) та нерозчинні (гідрофобні).

До гідрофільних сполук належить багато кристалічних солей, наприклад кухонна сіль (]аСІ), глюкоза, фруктоза, тростинний цукор тощо. Гідрофільні сполуки містять полярні (частково заряджені) групи, здатні взаємодіяти з молекулами води або іонізуватися (утворювати заряджені йони з нейтральних частин своєї молекули). Це, наприклад, амінокислоти, які містять карбоксильні (-СООН) та амінні (-]]Н2) групи.

Гідрофобні речовини (майже всі ліпіди, деякі білки) містять неполярні групи, які не взаємодіють з молекулами води. Вони розчиняються переважно в неполярних органічних розчинниках (хлороформ, бензол).

Існують й амфіфільні речовини, наприклад фосфоліпіди (сполуки ліпідів із залишками ортофосфатної кислоти), ліпопротеїди (сполуки ліпідів з білками), багато білків. Одна частина молекули цих сполук виявляє гідрофільні властивості, інша - гідрофобні.

Коли певна сполука переходить у розчин, її молекули набувають здатності до руху і їхня реакційна здатність зростає. Саме тому більша частина біохімічних реакцій відбувається у водних розчинах.

Вода як універсальний розчинник відіграє важливу роль в обміні речовин.

Проникнення речовин у клітину та виведення з неї продуктів життєдіяльності можливе здебільшого лише в розчиненому стані.

Вода як універсальний розчинник відіграє надзвичайно важливу роль у транспорті різних сполук у живих організмах. Розчини органічних і неорганічних речовин рослини транспортують по провідних тканинах або міжклітинниках. У тварин таку функцію виконують кров, лімфа, тканинна рідина тощо.

Вода бере участь у складних біохімічних перетвореннях. Наприклад, за участі води відбуваються реакції гідролізу - розщеплення органічних сполук з приєднанням до місць розривів йонів Н+ та ОН- .

З водою пов'язана здатність організмів регулювати свій тепловий режим. Їй властива висока теплоємність, яка зумовлює здатність поглинати тепло за незначних змін власної температури. Теплоємність - кількість тепла, необхідного для нагрівання тіла або середовища на 1 °С. Завдяки цьому вода запобігає різким змінам температури в клітинах та організмі в цілому за різких її коливань у навколишньому середовищі. Оскільки на випаровування води витрачається багато теплоти, організми в такий спосіб захищають себе від перегрівання (наприклад, транспірація у рослин, потовиділення у ссавців, випаровування вологи зі слизових оболонок тварин).
Завдяки високій теплопровідності вода забезпечує рівномірний розподіл теплоти між тканинами та органами організму. Наприклад, завдяки циркуляції рідин внутрішнього середовища у тварин або руху розчинів по тілу рослини.

Водні розчини певних сполук слугують мастилом, яке захищає поверхні, що постійно зазнають тертя. Наприклад, рідина, яка заповнює порожнину суглобів, полегшує ковзання суглобових поверхонь, зменшуючи тертя між ними. Вона також живить хрящ, що вкриває суглобові поверхні кісток.

Кожному виду організмів притаманний водний баланс - певне співвідношення між надходженням води та її витрачанням. Якщо витрати води перевищують її надходження до організму, спостерігають водний дефіцит, що негативно впливає на різні процеси життєдіяльності (у рослин - фотосинтезу, транспірації, у рослин і тварин - терморегуляції, перебігу біохімічних процесів тощо). Тому підтримання водного балансу - одна з умов нормального функціонування будь-якого організму.

Водний баланс людини.

Вміст води в організмі людини становить близько 65 %. Тобто, якщо маса людини становить 60 кг, то з них 39 кг припадає на воду. Слід зазначити, що вміст води залежить і від віку: у новонароджених він становить близько 75-80 %, у період завершення росту -65-70 %, а в людей похилого віку - лише 55-60 %. Між різними органами і тканинами людини вода розподілена нерівномірно: найбільше її в крові та нирках - 82-83 %, головному мозку - до 80 %, печінці - 75 %, м'язах -70-76 %, натомість у жировій тканині - близько 30 %, кістках - близько 20 %.

Оскільки організм людини щоденно витрачає приблизно 2-2,5 л води (вона виводиться з неперетравленими рештками їжі, сечею, потом, випаровується з поверхні слизових оболонок ротової порожнини та дихальних шляхів), то така сама її кількість має постійно надходити туди. Шляхи надходження води до організму різні. Крім того, близько 1 л води потрапляє з продуктами харчування, ще майже 300 мл води утворюється внаслідок окиснення жирів, білків і вуглеводів (так звана метаболічна вода).

Кількість спожитої за добу води залежить від умов, у яких перебуває людина. Так, у спекотну погоду або під час здійснення важкої фізичної праці витрати води зростають через посилене потовиділення та значне випаровування через слизові оболонки. Зневоднення організму (дегідратація) можливе і внаслідок порушень роботи кишечнику (сильні проноси), значних крововтрат тощо. За таких умов споживання води має збільшитися до 4-7 л на добу. Унаслідок зневоднення уповільнюються процеси травлення та всмоктування поживних речовин, порушуються процеси теплорегуляції; гусне кров, порушується її транспортна функція, у судинах можуть виникати згустки (тромби). Втрата понад 20 % води - смертельно небезпечна для людини.

Людина, яка виконує важку фізичну працю за умов підвищеної температури (наприклад, у доменному цеху), втрачає за годину лише внаслідок посиленого потовиділення до 1,6 л води! Тож добова потреба у воді в неї може зростати до 20 л за добу.

Першим сигналом недостатнього вмісту води в організмі є відчуття спраги, яке виникає при збудженні відповідного центру в гіпоталамусі (структура проміжного мозку). Його рецептори збуджуються як унаслідок зростання концентрації солей в рідинах організму, так і в разі підвищення концентрації йонів Натрію. Ці подразники сприймають різні групи рецепторів. Відчуття спраги виникає, якщо організм людини втрачає близько 1 % вологи свого тіла, і зникає після споживання певної кількості води, в середньому 0,25-0,5 л.

Отже, основні свої потреби у воді людина задовольняє за рахунок питної води. Тому розглянемо вимоги до її якості.

Питна вода та вимоги до її якості.

В Україні вимоги до якості питної води визначені Державним стандартом. Згідно з ним питна вода має бути епідеміологічно безпечною та нешкідливою за хімічним складом. Безпеку води в епідеміологічному відношенні визначають як загальною кількістю мікроорганізмів (не більше 100 в 1 см3 води), так і за кількістю клітин кишкової палички (не більше 3 в 1 дм³води). Питна вода не повинна містити водні організми, помітні неозброєним оком, та плівку на поверхні.

Основними забруднювачами водних об'єктів у нашій країні є промисловість (понад 55 % від загального скиду) та житлово-комунальне господарство (понад 40 %). Небезпечне забруднення водойм радіонуклідами. Стічні води з високою радіоактивністю (100 і більше Кюрі1 на 1 л води) мають бути поховані в підземних безстічних басейнах або резервуарах.

Вам уже відомо, що в річках, озерах та інших водоймах відбуваються природні процеси самоочищення. У них беруть участь різноманітні організми: бактерії, водорості, одноклітинні тварини, губки, двостулкові молюски тощо. Але ці процеси тривають досить повільно, тому за інтенсивного забруднення неочищеними побутовими та промисловими стоками водні екосистеми нездатні самостійно очиститися.

Методи очищення стічних вод поділяють на механічні, фізико-хімічні та біологічні (мал. 6.4). Механічні методи полягають в очищенні стічних вод від завислих у них частинок відстоюванням і фільтрацією. Ці методи дають змогу видаляти з побутових стічних вод до 2/3 нерозчинних домішок, а з промислових - до 9/10.

За допомогою різноманітних фізико-хімічних методів зі стічної води видаляють розчинні неорганічні та органічні домішки, а також завислі в ній найдрібніші часточки.

Завершальним етапом очищення стічних вод є застосування біологічних методів з використанням штучно створених ланцюгів живлення, до яких входять певні види бактерій, одноклітинних і багатоклітинних тварин.
Сира вода з природних водойм, а також недостатньо очищена питна вода може стати джерелом збудників різноманітних захворювань: дизентерії, холери, черевного тифу (сальмонельозу), глистних захворювань тощо. Тому перед споживанням воду з колодязів, струмків, бюветів слід добре прокип'ятити, а водопровідну - профільтрувати через спеціальні очисні побутові фільтри.

Для обмеження втрат і збереження якості прісної води потрібні такі заходи:

-    зменшення витрат води для забезпечення роботи промисловості, транспорту та об'єктів сільського господарства;
-    зменшення витрат прісної води для побутових потреб1;

-    охорона малих річок, які відіграють важливу роль у загальному водному балансі планети, зокрема живлять великі річки, від них залежить рівень підземних вод;
-    створення умов для самоочищення водойм;
-    проведення лісоохоронних заходів, оскільки внаслідок знищення лісів часто міліють річки та інші водойми;
-    упровадження ефективних методів очищення стічних вод, здійснення постійного контролю за санітарним станом водойм і якістю питної води;
-    створення замкнених систем водопостачання промислових, аграрних та енергетичних об'єктів.
-    постійний контроль за станом джерел питної води.

Ключові терміни та поняття.

Гідрофільні, гідрофобні та амфіфільні сполуки, гідроліз, водний баланс.
Уміст води в організмах становить 60-70 %.

Вода утворює основу внутрішнього середовища живих організмів, у якому відбуваються процеси обміну речовин і перетворення енергії. Вода бере безпосередню участь у реакціях розщеплення органічних сполук.

Водний баланс - це певне співвідношення між надходженням і витрачанням води живою системою.

Вода визначає фізичні властивості клітин - їхній об'єм і внутрішньоклітинний тиск (тургор).

Вода - універсальний розчинник. Речовини, здатні добре розчинятися у воді, називають гідрофільними (полярними), нерозчинні - гідрофобними (неполярними).

Вода відіграє надзвичайно важливу роль у транспорті різних сполук у живих організмах. Вона бере участь у складних біохімічних реакціях і процесах теплорегуляції організмів. Основні свої потреби людина задовольняє за рахунок питної води певних стандартів якості. Перед споживанням вода має бути очищена. Методи очищення стічних вод поділяють на механічні, фізико-хімічні та біологічні.

П.Г. Балан, Ю.Г. Вервес, В.П. Поліщук. Біологія, 10 клас
Вислано читачами інтернет-сайту.