Дорогие мои отважные друзья! Мы начали цикл статей про питание растений (и не только)).
В наших обсуждениях возник отличный вопрос. Каким образом растения "впитывают" воду? Как эта вода перемещается по растению? Есть ли у них насос? Спойлер - есть! У них даже ДВА насоса.
Ллама не просто освободится, Ллама всё бросит и примется рассказывать про минеральное питание растений. Но. Нам же не просто надо пробежать по верхам, нам надо заглянуть в суть! Когда заглянешь в суть, окажется всё предельно понятно. А попутно и многое другое станет понятно. И это всегда приносит радость! Не просто унылый набор готовых фактов, а механизм, лежащий в их основе.
Это же круто!
Поехали! В глубь! В самую суть! Йееехууууу!
Друзья, в биологии есть одна прекрасная тема, которую я очень люблю. Это тема про два насоса у растения.
У моих родителей есть здоровенная водонапорная ёмкость. В неё надо время от времени накачивать воду. Ну и насос качает-надрывается с этой водой. Хотя ёмкость всего метров в пяти над землёй, а то и меньше. А вот представьте себе секвойю, которая под сотню метров или даже больше. Ого-го! Какой же насос-то надо, чтобы воду туда закачать?
А воды туда ужас сколько много надо. Не скажу за секвойю, а вот средняя русская берёзка испаряет 200 л воды в день. Ну вдумайтесь! Вот такую бочку, как на картинке, каждая из растущих вокруг берёз испаряет в сутки - правда, когда на них листья есть.
А заодно оцените, что достанется растущим под берёзой бедолагам...
На самом деле, конечно, ничего про насосы рассказать не получится, пока не расскажу еще одну любимую тему про осмос.
Часть первая. Осмос
Осмос. Это такая волшебная сила, на которой практически вся физика в растениях - да и не только в них - работает. Вы все в школе учили про осмос. Я точно учила это в 5 классе и точно помню этот день - потому что ничего не поняла и получила за это первую ТОЧКУ по биологии!). Но вы вряд ли про него помните. А вот давайте вспомним. Это реально важно.
Тут нам поможет история про клеточные мембраны.
Вы помните, что у всех клеток есть плазматическая мембрана. ну, та - что хлеб-масло-хлеб. У нее внутри гидрофобный слой, в по сторонам гидрофильный.
Так вот, вода из-за крохотных размеров и общей нейтральности своих молекул всё-таи проскакивает через этот хитрый слой. А молекулы, вернее ионы, растворимых солей не могут. Потому что они имеют заряд, и они довольно крупные. А этот внутренний жирный (нейтральный) слой не пропускает заряженные молекулы. Вот не пропускает и всё тут! А нейтральные пропускает. Но нейтральные-то, если они крупные, не пропускает гидрофобный слой! Ну что ты будешь делать, всё не слава богу...
Такая мембрана называется полупроницаемой. То есть кого-то пропускает, а кого-то - нет.
Диффузия
Если бросить кусок сахара в стакан с чаем и не размешать - то сперва чай будет несладкий, но потом, постепенно сахар всё-таки растворится и равномерно распределится по всему стакану. Это явления называется диффузия.
Это как у людей - если много незнакомых людей из электрички приехали на пляж, то они будут перемещаться от того места, где тесно - туда, где просторно. И вскоре более-менее равномерно по нему распределятся.
Так и молекулы веществ в растворах. Они перемещаются из места, где их много туда, где их мало. Постепенно они распределятся равномерно по всему объёму.
Но если на пути молекул поставить полупроницаемую мембрану, то картина будет совсем другая.
Осмос
Представьте себе П-образный сосуд, разделённый пополам такой полупроницаемой мембраной. В одно отделения мы наливаем более концентрированный раствор, кажем, глюкозы (или сахара, или соли - хоть чего растворимого) - а в другой менее концентрированный. На рисунке мелкими точками обозначены молекулы воды, а более крупными кружками - молекулы, скажем, глюкозы.
В той половине, где глюкозы много, ей тесно - она бы хотела пробраться в свободную часть - но мембрана её не пропускает. И она такая зовёт воду" - "Эй, вода! Приди к нам, разбавь наше тесное общество!". А воде что? Вода может! Она юрк через мембрану - и прибежала к глюкозе к нашей. И разбавила.
Через какое-то время довольно много воды переберётся в сосуд, где много глюкозы. И уровень раствора в нём повысится. Ну а в другой части, конечно, понизится. Хотя раньше был одинаковый. Вот эта разница и будет показывать осмотическое давление - силу, с которой вода стремилась разбавить более насыщенный, более крепкий раствор.
Мы с учениками запоминаем так: "соль (сахар, глюкоза - не важно) притягивает воду".
Осмос - это сила, с которой вода прорывается через полупроницаемую мембрану и стремится разбавить более концентрированный раствор. Вещества, растворённые в воде и вызывающие такое движение воды, называются осмотически активными веществами. Это растворимые соли - обычная поваренная соль или любая другая, сахара - обычный сахар или глюкоза, или фруктоза. Это, в частности - удобрения - они же тоже, по сути, растворимые соли. Это мочевина. Которая тоже удобрение.
Все клетки завёрнуты в полупроницаемые мембраны. И если более крепкий раствор снаружи клетки - то вода будет выходить из клетки (соль притягивает воду). Если более крепкий раствор внутри - то вода будет устремляться в клетку.
Такой эксперимент часто проводят на эритроцитах - красных кровяных тельцах. Потому что у них форма хорошая - как бублик с вдавлением посередине, и когда она изменяется - это сразу видно. У нас множество задач про эти эритроциты в разных растворах.
Вот этот, например, поместили в дистиллированную воду. Это значит, что в ней никаких солей нет вообще. А эритроците - есть. "Соль притягивает воду" - вода проникает в него. Он надувается, надувается, надувается... и, в конце концов, лопается.
А если его поместить в раствор соли? Например, 30 г соли на литр воды. Столовая ложка с верхом. Тогда соли будет больше снаружи, и она станет вытягивать воду из нашего бедняги. Он сморщится. Буквально высыхает в водном растворе. Вот такая штука.
Вы видите на рисунках волшебные цифры 0,9? Именно такое содержание осмотически активных веществ - 0,9 % - находится в наших клетках. Вопрос - а если мы поместим наш многострадальный эритроцит именно в такой раствор - с концентрацией 0,9 %? Что будет, как думаете?
Соль, конечно, тянет воду - но если соли больше. А тут соли ровно столько же.
И она ничего никуда тянуть не будет.
Если соли РОВНО СТОЛЬКО ЖЕ снаружи, как и внутри, то вода не будет перемещаться никуда. Нашему эритроциту будет хорошо.
0,9 %
Скорее всего, именно такое содержание солей было в том, самом первом нашем океане, в котором жизнь только училась жить. В котором формировались первые биохимические процессы. Потому что все наши сложные молекулы очень чувствительны к окружающим условиям. Чуть что не по ним - они теряют правильную форму и перестают работать. Сложные молекулярные инструменты наших клеток настроены на концентрацию солей 0,9%, и все клетки теперь вынуждены поддерживать её у себя внутри, чтобы всё там работало хорошо.
Сколько это - 0,9 % - много или мало? Это как раз так, как надо. Если растворить 9 граммов поваренной соли в 1 литре воды - будет какая концентрация солей. На вкус она ощущается как в меру посоленный бульон. Наши вкусовые рецепторы прекрасно определяют эту концентрацию! Они 3 миллиарда лет этому учились.
Когда мы готовим пищу, которую мы будем есть, именно такое количество соли нужно добавить. 9 грамм на 1 килограмм (или литр) продуктов.
Позавчера я делала тушёнку. На 1 кг мяса нужно положить 9 грамм соли. Получим 0,9 % соли.
Если не знаете, сколько надо солить еду, которую вот прямо сейчас есть - просто прикиньте эти 0,9 %. В чайной ложке с горкой 10 грамм, без горки - 7 грамм. Сделайте горку поменьше и смело сыпьте на 1 литр или килограмм еды.
Я сказала про пищу, которую мы будем есть. Но есть еще такой вид пищи, который мы пока есть не будем. Который надо сохранить. А что значит, сохранить? Это значит, сделать так, чтобы его не съели бактерии.
Можно, конечно, продукт герметично закрыть и простерилизовать, чтобы бактерии внутри померли, а снаружи проникнуть не смогли. Мы вчера купили банку таких томатов на пробу. Просто чищенные томаты и вода. Ни соли, ни сахара, ни уксуса - ничего. В железной консервной банке. Супер. Основа хоть для чего.
Но так может сделать и сейчас-то далеко не каждый, а раньше так вообще никто. Зато можно сделать среду непригодной для бактерий.
С помощью осмоса.
Больше 0,9 %
Если концентрация осмотических веществ в любой части продукта будет больше, чем 0,9 %, то бактерии попадут в ту же ситуацию, что и наш бедный эритроцит. Сморщатся и помрут. И не будут есть наш продукт!
Для этого мы можем продукт посолить. Сколько надо соли? Много. Чтобы не только на поверхности, но и в каждом внутреннем участке продукта соли было больше, чем 0,9 %. И кусочки лучше делать потоньше, чтобы соль туда лучше проникла.
Соль внутрь продуктов будет поступать путем диффузии. И вытягивать воду из клеток путем осмоса. И в клетках, в которых воды будет меньше, тоже концентрация веществ повысится. И никакие бактерии их не съедят.
Вы помните, что осмотически активное вещество - это не только соль, но сахар? Поэтому такую же фишку можно провернуть и с сахаром. Мы можем засахарить продукт. Так мы варим варенье! Мы его нагреваем, сахар попадает между клетками ягодок, вытягивает из них воду. Потом мы остужаем, опять нагреваем - он проникает глубже - и так до самом конца. Ведь нам надо, чтобы внутри всех ягодок сахара было много. Потому что если вдруг сахара не хватит, то варенье моментально испортится! Забродит. А это уже совсем другая история...
Если сахар проник внутрь всей ягодки - или яблока, или арбузной корки - то она станет прозрачной. Яблокам на этой картинке никакие бактерии не страшны!
Не важно, кто вытащит воду из клеток. Хоть соль, хоть сахар - хоть оба два. Помните же, мы в огурцы-помидоры и то, и то кладём.
Но можно просто воду высушить!
Просто высушивая продукты, мы тоже создаём в них высокую концентрацию солей (вода-то вышла, а соли остались), а значит, такие условия, в которых бактерии жить не могут. И сушёные продукты тоже могут храниться долго. Нужно только воду в них не пускать. Попала вода - да хоть просто из воздуха - всё. Бактерии пришли и съели. Бактерий-то кругом много.
Физраствор
Физраствор вы можете купить в любой аптеке. Это как раз чистая стерильная вода с простой поваренной солью концентрацией 0,9 %. В нём клетки чувствуют себя прекрасно. Им можно промыть, например, глаз - если туда что-то попало, и этот глаз не будет щипать. Им можно развести лекарство, особенно для внутривенных вливаний - потому что, если в вены попадёт слишком крепкий раствор или, наоборот, дистиллированная вода, то нашим эритроцитам и клеткам стенок сосудов не поздоровится. А физраствор - самое то. Потому что в этом слове "физ" - это значит, физиологический. То есть привычная для клеток концентрация, нормальное осмотическое давление.
Но надо помнить, что в такой концентрации и бактериям очень уютно. Поэтому хранить открытый физраствор опасно - они могут там размножиться. Для внутренних вливаний так делать нельзя. Да и в нос или в глаз лучше сильно бактерий не тащить. Мало ли. Лучше просто свежий сделать из кипяченой воды и соли. Помните? Чайную ложку с небольшой горкой соли на литр воды.
Или уж пойти купить баночку в аптеке, стоит он не дорого.
Не-физраствор
А если переборщить с солями? Тогда плохо будет. Если просто суп пересолить - ничего. Внутри-то воды много. Разбавится. А потом почки лишнее выведут. Наш-то организм - это не бактерия всё-таки. Мы от одного солёного огурца не помрём.
Но вспомните - мы переели солёного - и нам сразу хочется пить! Так ведь? А всё потому, что соль всосалась в нашем кишечнике, наполнила нашу внутреннюю жидкость (в том числе и кровь), концентрация там повысилась, и клеткам вот-вот станет плохо. А этого делать нельзя. И наш главный регулировщик организма гипоталамус запускает чувство жажды. Чтобы мы попили и восстановили баланс солей. Ну, круто же?
Жажда начинается также при большой потере жидкости - например, если мы хорошенько пропотели. Вода испарилась, соли остались, наша внутренняя жидкость стала концентрированной, включилось чувство жажды.
Жажда начинается и при кровопотере. Надо объём жидкости срочно восполнить - хоть просто пресной водой. Но лучше с солями.
Жажда бывает и при повышенном содержании глюкозы в крови - "высокий сахар". Вы же помните, что глюкоза - тоже осмотически активное вещество. Глюкоза повысится, если мы жахнули сладкого.
Друзья, помните коммент про конфеты? Это как раз про это. У сахара тоже есть смертельная доза. Это где-то 1,7 г на 1 кг нашего веса. Человек в нормальном уме столько просто не съест. Но если у человека сахарный диабет, то концентрация глюкозы может достичь высоких значений даже без таких лошадиных доз. Вот так вот.
А что же растения? Про растения мы поговорим совсем скоро. А то уже концентрация слов начинает превышать комфортные значения ;)
Оставайтесь. Дальше будет не менее познавательно!
А Лламу опять ждут насекомые. Ну вот такая жизнь - то дети, то насекомые. Растениями и заняться некогда. Ну ничего. Всё успеем! Ура.
Ваша Лама-многостаночница.