Подробное решение параграф § 48 по биологии для учащихся 11 класса, авторов А.В. Теремов, Р.А. Петросова Углубленный уровень 2017
Вопрос. Вспомните, какое значение для жизнедеятельности организмов имеют кислород и углекислый газ. Каковы биологические функции минеральных веществ? Как действуют погода и климат на организмы?
Ответ. Дышат все живые организмы, так как для поддержания жизни необходимо постоянное поступление кислорода, а запасов его в организме нет. Кислород участвует в химических процессах расщепления сложных органических веществ, в результате которых выделяется энергия, необходимая для поддержания жизнедеятельности организма, его роста, движения, питания, размножения и многих других процессов.
Углекислота влияет на состояние нервной системы и проницаемость клеточных мембран, активность многих ферментов, интенсивность продукции гормонов и степень их физиологической эффективности. От содержания в крови углекислоты зависит поступление в ткани кислорода. Наконец, углекислота играет важную роль в постоянстве кислотно-щелочного равновесия, в биосинтезе белка и карбоксилировании аминокислот.
Наличие определенных концентраций углекислоты в организме, является обязательным условием его нормального функционирования и залогом здоровья человека.
В древности атмосфера нашей планеты была сильно насыщена углекислым газом (свыше 90%), он являлся, и является сейчас, естественным строительным материалом живых клеток. Как пример, реакция биосинтеза растений – поглощение углекислого газа, утилизация углерода и выделение кислорода, и именно в те времена на планете существовала очень пышная растительность.
Минеральные элементы – это неорганические составные части пищи, являющиеся незаменимыми пищевыми веществами. Принято считать незаменимыми 21 минеральный элемент, но число их постоянно растет. Предполагается, что число незаменимых минеральных элементов может достигнуть 30.
Минеральные вещества выполняют разнообразные биологические функции, участвуют во множестве физиологических и биохимических реакций. При этом каждому минеральному элементу присущи специфические функции.
Минеральные элементы входят в состав ферментов, катализирующих множество биохимических реакций, в том числе реакций метаболизма пищевых веществ. Известно, например, что цинк катализирует около 100 реакций.
Погода и климат являются одними из средообразующих факторов. Они определяют интенсивность физиологических процессов, фенологические изменения, являются важным фактором деления живых организмов на группы (например, холодостойкие, теплолюбивые, жаростойкие и пр.
Вопрос 1. Опишите, какое влияние на организмы оказывает газовый состав окружающей среды. Приведите примеры приспособлений, которые встречаются у организмов, обитающих в среде с недостатком кислорода. Как называют такие организмы?
Ответ. Для аэробных организмов жизненно необходимым компонентом окружающей природной среды является кислород. В бескислородной среде живут анаэробные бактерии, простейшие и паразитические черви. Кислород входит в состав многих неорганических и органических соединений и обеспечивает осуществление окислительных реакций, в ходе которых освобождается необходимая для жизнедеятельности организмов энергия. Основными продуцентами кислорода на Земле являются зелёные растения, произрастающие в воде и на суше, которые образуют его в процессе фотосинтеза. Кислород поглощается организмами из внешней среды всей поверхностью тела или с помощью специальных органов дыхания.
У животных, пребывающих в условиях постоянного недостатка кислорода, выработались соответствующие приспособления: повышенная кислородная ёмкость крови, более частые и глубокие дыхательные движения, большой объём лёгких (у китов, тюленей) и т. д. У растений, живущих на бедных кислородом почвах, например на тропических болотах, образуются дыхательные корни – пневматофоры, через которые кислород поступает в ткани и клетки.
Существенное значение для организмов имеет также содержание в окружающей среде углекислого газа. Низкая его концентрация приводит к торможению процесса фотосинтеза, а очень высокая может вызвать отравление растений и стать токсичной для животных (в природных условиях такие концентрации встречаются крайне редко). Поскольку углекислый газ хорошо растворим в воде, он наряду с кислородом играет важную роль в процессах жизнедеятельности водных организмов.
Вопрос 2. Объясните, почему в большинстве случаев пресноводные организмы не могут существовать в морской воде, а морские обитатели – в пресной.
Ответ. Пресноводные животные, погруженные в морскую воду, умирают вследствие экзосмотического действия соленой воды на кровь и другие жидкости их тела. У животных, кожа которых покрыта предохраняющей слизью, соленая вода действует главным образом через жабры: тонкая кожица их тускнеет, кровообращение останавливается. У животных, покрытых гладкой, тонкой кожей, без слизи (у лягушек и их головастиков) экзосмоз совершается через всю поверхность тела; животное "высыхает": соленая вода извлекает воду из крови и тканей, и лягушка умирает, теряя от 1/4 до 1/2 своего веса. Можно, таким образом, убить лягушку, погрузив только одну ее лапку в морскую воду.
Для морских животных, погруженных в пресную воду, причиной смерти является потеря хлористого натрия; пресная вода извлекает его из их тканей. К воде добавляли раствор других солей и веществ (сахара, глицерина) с целью увеличить ее плотность до степени плотности морской воды, но это нисколько не защищало животных от быстрой гибели. Пресная вода действовала обратно, эндосмотически, в избытке проникая в ткани и кровь морских животных: у рыбы раздувались жабры и в них останавливалось кровообращение, у низших животных прозрачный эпителий становился тусклым, мышцы теряли свою сократимость.
Вопрос 3. Какое влияние на растения и животных оказывают очень высокие или очень низкие значения кислотности среды? Как организмы к этому приспосабливаются?
Ответ. У растений имеются соответствующие приспособления к обитанию в среде с высокой концентрацией солей: повышение осмотического давления клеточного сока, что облегчает поступление воды из насыщенного солями почвенного раствора; способность через специальные железы выделять излишек солей наружу, где эти соли после высыхания образуют кристаллические скопления. Растения, произрастающие на сильно засолённых почвах, встречающихся в пустынях, называют галофитами (от греч. hals – соль). К ним относят представителей семейств Маревые и Тамариксовые.
Значительное влияние на организмы оказывает кислотность (pH) среды обитания. Высокие концентрации ионов Н" или ОН" (при pH соответственно ниже 3,0 или выше 9,0) токсичны для живых существ. В очень кислых или щелочных почвах повреждаются клетки корней растений. Кроме того, если pH почвы ниже 4,0, в ней содержится много ионов алюминия, которые вредны для растительных организмов. В щелочных почвах такие жизненно необходимые растениям химические элементы, как железо, марганец, фосфор, находятся в виде малорастворимых соединений и недоступны для поглощения.
Вопрос 4. В чём проявляется экологическое влияние почвы и рельефа земной поверхности на жизнедеятельность растений и животных? Приведите примеры.
Ответ. Рельеф земной поверхности и состав почвы оказывают заметное экологическое влияние на организмы, и в первую очередь на растения. От гидротермического режима почв, их аэрации, механического и химического составов зависят характер корневой системы (глубинная, поверхностная) и другие особенности внешнего и внутреннего строения растительного организма.
В соответствии с тем, на каких почвах преимущественно произрастают растения, их относят к определённым экологическим группам. Существуют растения, обитающие только на кислых почвах, например мох сфагнум. К растениям, предпочитающим почву с нейтральной реакцией, принадлежит большинство культурных растений. Встречаются и растения, которые лучше всего растут на почвах, имеющих щелочную реакцию, например ветреница, и те, которые могут произрастать на почвах с разными значениями pH, т. е. на кислых, нейтральных и щелочных, например ландыш.
Химический состав почвы также имеет большое значение для развития растений: некоторые из них малотребовательны к количеству питательных веществ (сосна), другим необходимо умеренное их содержание (травянистые многолетники, ель), третьи нуждаются в большой концентрации минеральных веществ в почве (дуб). Встречаются виды, которые произрастают на определённых по механическому составу почвах: растения сыпучих песков (саксаул), каменистого грунта (можжевельник, дуб скальный).
Для животных большое значение имеют рельеф местности и характер почвы, влияющие на их передвижение. Например, копытным, страусам, которые живут на открытых пространствах и спасаются от врагов бегством, для увеличения силы отталкивания необходима плотная почва.
Вопрос 5. Охарактеризуйте погодные и климатические условия вашей местности с точки зрения их экологического влияния на растения, животных и другие организмы.
Ответ. Факторы среды, составляющие погоду (влажность воздуха, облачность, осадки, сила ветра и т. д.), постоянно изменяются. Каждый из перечисленных компонентов погоды имеет определённое экологическое значение в жизни растений и животных. Например, очень многообразна роль атмосферных осадков, в частности снегового покрова. Глубокий снег образует теплоизолирующий слой на поверхности почвы, благодаря чему даже в сильные морозы температура у её поверхности близка к нулевой. Снежный покров защищает почки возобновления растений и предохраняет их от вымерзания, некоторые виды даже уходят под снег, не сбрасывая листьев (земляника, копытень, живучка). Мелкие наземные животные (лемминги, полёвки и др.), прокладывая под снегом и в его толще ходы, зимой могут вести активный образ жизни и даже размножаться. Некоторые птицы (рябчики, тетерева, куропатки) зарываются в снег на ночёвку. Глубина снежного покрова может ограничивать распространение организмов. Например, северные олени не перемещаются в те районы, где зимой выпадает много снега, так как их кормовые ресурсы там ограничены (они питаются подснежной растительностью).
Многолетний режим погоды характеризует климат местности. Для большинства наземных организмов важен не столько климат всего района, сколько микроклимат их конкретного местообитания. В качестве примера можно привести различные показатели температуры, влажности воздуха, силы ветра и других факторов среды на открытом пространстве и в лесу. В последнем случае значения температуры атмосферного воздуха могут отличаться на 2–3 градуса. Особый устойчивый микроклимат возникает в норах, гнёздах, дуплах и других закрытых местах обитания организмов.