Подробное решение параграф § 47 по биологии для учащихся 11 класса, авторов А.В. Теремов, Р.А. Петросова Углубленный уровень 2017
Вопрос. Вспомните, почему вода является необходимым условием существования организмов. В каких процессах жизнедеятельности она участвует?
Ответ. Тела организмов на 2/3, а то и более состоят из воды. В воде происходят химические реакции, вода транспортирует вещества, вода обеспечивает терморегуляцию.
Вода принимает участие в процессах фотосинтеза, транспирации, гуттации, терморегуляции, поддержания осмотического давления идр. Растения по отношению к влажности подразделяют на группы: водные (кувшинки, рдесты), наземно-водные (тростник, рогоз), обитателей влажных мест на суше (мхи, папоротники), развивающихся в нормальных условиях влажности (большинство наземных растений) и обитателей засушливых мест (кактусы, агавы). Среди животных различают: водных (медузы, рыбы), полуводно-полуназемных (лягушки, крокодилы) и наземных (большинство членистоногих, пресмыкающихся, птиц и млекопитающих) обитателей. Недостаток влажности – причина ограничения жизнедеятельности и географического распространения наземных организмов.
Вопрос 1. Объясните, почему вода является необходимым условием существования всех организмов на Земле.
Ответ. Для многих организмов вода служит средой обитания, однако и наземные организмы не могут существовать без неё: вода необходима для протекания реакций обмена веществ, поэтому при её недостатке жизнедеятельность организмов замедляется. Большие потери воды приводят к гибели организмов, так как биохимические реакции в клетках прекращаются.
Приспособления растений к поддержанию водного баланса. Для растений вода является обязательным компонентом процесса фотосинтеза. Вода необходима для прорастания спор и семян, оплодотворения у споровых растений, так как только при наличии воды сперматозоиды способны достичь яйцеклетки. Голосеменные и покрытосеменные растения менее зависимы от свободной воды, но и их нормальная жизнедеятельность без неё невозможна.
Растения в процессе эволюции выработали различные приспособления для поддержания водного баланса. Например, у одних растений степей и пустынь (тюльпаны, песчаная осока, маки, ковыль и др.) очень короткая, но интенсивная вегетация, которая приходится на сравнительно влажный ранневесенний период. Засушливую часть года они переносят в виде покоящихся луковиц, корневищ и семян. У других растений засушливых мест обитания развивается мощная и глубокая корневая система (саксаул, верблюжья колючка и др.), формируются морфофункциональные особенности, способствующие лучшему водоснабжению: уменьшаются размеры клеток, возрастает концентрация клеточного сока. Кроме того, у ряда растений засушливых мест обитания имеются приспособления, способствующие экономному расходованию и запасанию воды, например, листья превращены в колючки, испаряющие меньше влаги, а стебли содержат водоносную ткань
Вопрос 2. Охарактеризуйте распределение воды на поверхности земного шара. От чего зависит водный режим тех или иных территорий суши? К чему это приводит?
Ответ. Вода, заполняя грандиозные впадины на земной поверхности, образует водную оболочку земного шара – Мировой океан. Из общей площади земного шара 510 млн. км2. Мировой океан занимает 361 млн. км2, или 71%, а суша – 149 млн. км2, или 29%.
Суша расположена главным образом в северном полушарии, где она занимает 39% поверхности, в южном полушарии на долю суши приходился 19% поверхности. Поверхность Земли имеет общий наклон по направлению к океанам и морям или к замкнутым бессточным областям. Часть суши, с которой реки несут воду в моря, соединенные с Мировым океаном, называется областью внешнего стока (78%), а часть, с которой вода поступает в замкнутые, находящиеся на суше водоемы, не имеющие стока в океан, называется областью внутреннего стока (22%).
Моря, соединенные с Мировым океаном, называется областью внешнего стока (78%), а часть, с которой вода поступает в замкнутые, находящиеся на суше водоемы, не имеющие стока в океан, называется областью внутреннего стока (22%).
Область внешнего стока обычно разделяют на Тихоокеанско-Индийский склон (бассейны рек, впадающих в Тихий и Индийский океаны) и Атлантико-Ледовитый склон (бассейны рек, впадающих в Атлантический и Северный Ледовитый океаны). К Северному Ледовитому океану относится 14% площади суши, к Атлантическому – 35%, к Тихому – 15%, к Индийскому – 14%. В пределах Атлантико-Ледовитого склона протекают крупнейшие реки земного шара Амазонка, Миссисипи с Миссури, Конго, Нил, Обь, Енисей, Лена и др. Крупнейшими реками Тихоокеанско-Индийского склона являются Амур, Янцзы, Ганг с Брахмапутрой и др.
Из областей внутреннего стока наиболее значительными являются бассейн Каспийского моря и бассейны Аральского моря, озера Балхаш и многих рек Казахстана (общей площадью 1 млн. м2). Остальная часть бессточных областей суши (Сахара, Аравийская пустыня, пустыни Центральной Австралии и др.) охватывает площадь29 млн. км2.
Водный режим рек и почвы определяется климатом, состоянием земной коры (рельефом, водопроницаемостью горных пород, растительностью) и деятельностью человека.
Изменения климата и земной коры в течение геологических эпох были столь существенны, что они резко меняли облик Земли, ее флору и фауну.
В настоящее время от водного режима зависит распределение организмов по Земному шару, их плотность, деление на экологические группы.
Вопрос 3. Какие приспособления, направленные на поддержание водного баланса, выработали растения в процессе эволюции? Приведите примеры таких растений.
Ответ. Для растений вода является обязательным компонентом процесса фотосинтеза. Вода необходима для прорастания спор и семян, оплодотворения у споровых растений, так как только при наличии воды сперматозоиды способны достичь яйцеклетки. Голосеменные и покрытосеменные растения менее зависимы от свободной воды, но и их нормальная жизнедеятельность без неё невозможна.
Растения в процессе эволюции выработали различные приспособления для поддержания водного баланса. Например, у одних растений степей и пустынь (тюльпаны, песчаная осока, маки, ковыль и др.) очень короткая, но интенсивная вегетация, которая приходится на сравнительно влажный ранневесенний период. Засушливую часть года они переносят в виде покоящихся луковиц, корневищ и семян. У других растений засушлевых мест обитания развивается мощная и глубокая корневая система (саксаул, верблюжья колючка и др.), формируются морфофункциональные особенности, способствующие лучшему водоснабжению: уменьшаются размеры клеток, возрастает концентрация клеточного сока. Кроме того, у ряда растений засушливых мест обитания имеются приспособления, способствующие экономному расходованию и запасанию воды, например, листья превращены в колючки, испаряющие меньше влаги, а стебли содержат водоносную ткань.
Некоторые растения получают влагу не только из почвы, но и из воздуха, используя для этого надземные органы. Парообразную влагу из воздуха поглощают эпифиты – растения, живущие на стволах и ветвях других растений (бромелии, орхидеи), мхи, лишайники, многие пустынные растения. Некоторые из них имеют приспособления для лучшей конденсации влаги из атмосферного воздуха (волоски), поглощения конденсата (желобки, полости), направления струек воды от листьев к корневой системе и т. п.
Вопрос 4. На какие экологические группы разделяют растения по их отношению к воде? Какое это имеет значение для распределения растений в сообществах?
Ответ. Экологические группы водных растений:
1. Водные растения, или гидатофиты (от греч. hydatos – водный), целиком или большей своей частью погружены в воду. К этой группе относят валлиснерию, роголистник, пузырчатку и др. Если эти растения вынуть из воды, то они быстро засыхают и погибают. В эпидермисе у водных растений отсутствуют устьица, нет кутикулы, у некоторых, например у ряски, редуцирована корневая система. Листовые пластинки у водных растений, как правило, тонкие, сильно рассечённые, что способствует более полному использованию рассеянного водой света и усвоению углекислого газа. У многих водных растений хорошо развита воздухоносная ткань – аэренхима – придающая им плавучесть и обеспечивающая транспорт кислорода к тканям и клеткам.
2. Наземно-водные растения, или гидрофиты (от греч. Hydoi – вода), частично, как правило, нижней частью погружены в воду. Растения этой группы растут по берегам водоёмов, на мелководье, на болотах. К ним относят тростник, кувшинку, вахту, калужницу, рогоз и др.. У растений этой группы лучше, чем у водных, развиты проводящие и механические ткани, есть эпидермис с устьицами, хорошо развита аэренхима.
3. Растения влажных мест суши, или гигрофиты (от греч. hygros – влажный), растут в условиях повышенной влажности воздуха. Эту группу образуют растения нижних ярусов сырых лесов, например недотрога, папоротники, а также открытых увлажнённых мест: бодяк огородный, рис, папирус, росянка и др. Из-за высокой влажности воздуха у этих растений затруднена транспирация, на листьях у них имеются водяные устьица – гидатоды, выделяющие капельно-жидкую влагу. Обводнённость тканей достигает у гигрофитов 80 %, поэтому при наступлении даже непродолжительной засухи растения этой экологической группы быстро завядают и могут погибнуть.
4. Растения умеренно влажных мест суши, или мезофиты (от греч. mesos – средний), могут выдерживать непродолжительную и несильную засуху. К мезофитам относят вечнозелёные деревья верхних ярусов тропического и субтропического леса, листопадные деревья саванн, летне-зелёные лиственные породы лесов умеренного пояса, кустарники подлеска, травянистые растения дубрав, заливных лугов, большинство сорных и культурных растении. Эта группа очень обширна и неоднородна, по способности регуляции водного обмена одни растения приближаются к гигрофитам, другие – к засухоустойчивым формам.
5. Растения сухих мест суши, или ксерофиты (от греч. xerox – сухой), растут в местах с недостаточным увлажнением (степи, пустыни, высокогорья). Представители этой группы лучше других растений приспособлены к регуляции водного баланса: их листья и стебли покрыты толстой кутикулой, восковым налётом или опушены, корневые системы у многих видов приспособлены к добыванию влаги из глубоких слоёв почвы. Среди представителей этой группы различают растения суккуленты (от лат. succulentus – сочный) и склерофиты (от греч. skleros – твёрдый). Суккуленты имеют сильно развитую водозапасающую ткань (кактусы, алоэ, агава и др.), склерофиты представляют собой сухие на вид растения с узкими и мелкими листьями, иногда свёрнутыми в трубочку (полынь, типчак, ковыль, эдельвейс и др.).
Распределение растений в сообществах. Снижает конкуренцию между растениями и позволяет им занимать определенную экологическую нишу.
Вопрос 5. Какие приспособления к изменению водного режима развились у животных в процессе эволюции? Приведите примеры животных, приспособленных к существованию в условиях дефицита влаги.
Ответ. Для животных влажность также является важным экологическим фактором. Для одних организмов (кишечнополостных, ракообразных, рыб) вода – это среда обитания: вне вод их существование невозможно. Другие животные могут долгое время обходиться без свободной воды. По отношению к степени влажности животных можно разделить на следующие экологические группы: водные (кораллы, медузы, рыбы и др.), полуводно-наземные (лягушки, крокодилы и др.), наземные (большинство членистоногих, пресмыкающихся, птиц и млекопитающих).
Подобно растениям, все наземные животные для компенсации неизбежной потери воды, происходящей в результате испарения и выделения, нуждаются в её периодическом поступлении. Осуществляется водопоглощение путём питья (птицы, млекопитающие), всасывания воды через покровы тела в жидком или парообразном состоянии (земноводные, некоторые насекомые, клещи). Значительная часть животных засушливых мест (особенно пустынь) никогда не пьют и довольствуются только той водой, которая поступает с пищей. Встречаются животные, живущие за счёт метаболической (эндогенной) воды, образуемой в процессе окисления накапливаемых запасов жира (верблюд, мучной хрущак, платяная моль). В процессе биологического окисления из 100 г жира образуется около 107 г эндогенной воды, используемой далее в обменных процессах.
Для животных, добывающих воду с большими трудностями, характерны различные способы и средства её экономии (ночной образ жизни, плотные непроницаемые покровы тела, редкие дыхательные движения, максимально обезвоженные продукты выделения (моча и экскременты), пониженные потоотделение и отдача воды со слизистых оболочек и др.). С началом сухого и жаркого сезона года некоторые животные (степные и пустынные грызуны, черепахи, некоторые насекомые) впадают в летнюю спячку, у них временно ослабляются все жизненные процессы.