Біологічна роль води. Структура води в клітинах

 

8. Яка вода потрібна живим організмам?

Якщо відповідати стисло, то можна  обмежитися одним словом — різна!

Розглянемо це на прикладі людини. Організм середнього дорослого землянина  містить десь 4-5 відер вологи, частина  якої рухається всередині нашого тіла майже з такою ж швидкістю, як повітря у дихальній системі: крізь серце — 7т, нирки — 1000 л, мозок — майже 1000 л за добу. Більша частина води міститься всередині клітин, забезпечуючи їх нормальну діяльність. Коли її кількість трошки зменшується, система датчиків з участю мозку створює відчуття спраги тим сильніше, чим більша нестача вологи у клітинах.

Тоді людина шукає воду. Якщо вона не встигне її знайти до моменту  втрати з нормальної кількості лише половину відра (10 %), то задишка і  запаморочення переходять у порушення зору і слуху, галюцинації. Без негайного введення води цей стан закінчується смертю. У спеку смертельною вважається втрата 12-15 % води, а при помірних температурах — 22-25 %.

Все сказане при високій температурі  зовнішнього повітря триває дві доби, якщо вдень людина ховається в тінь, а температура лежить у межах 40-45 °С; 3-4 доби, якщо холодніше (40-35 °С). Дослідження показали, що причиною таких порушень є зміна механізму терморегуляції у тілі людини у разі підвищення температури повітря понад 33 °С. Починаючи з цієї межі і вище охолодження тіла відбувається лише через випаровування води у вигляді поту. Це принципово інша ситуація, ніж при утричі нижчій температурі, коли випаровування через дихання таке саме, як і утворення поту, а більша частина тепла йде від тіла у формі теплового випромінювання.

Виділення води з потом таке інтенсивне, що на вітрі впродовж сонячного дня  у пустелі людина втрачає 10-11 літрів вологи, якщо їй доводиться працювати  чи рухатися. Одночасно через шкіру  виводяться і потрібні організму солі.

Якщо пити абсолютно прісну воду, то можна загинути вже не від спраги, а від втрати солей. Людина повинна  отримати солі або разом з їжею, або (за тимчасової відсутності їжі) у складі випитої води.

Отже, в окремих випадках (інтенсивна фізична робота у спеку в пустелі чи в гарячих цехах) питна вода повинна містити дозовану (невелику) кількість солей. Іншим варіантом може бути пиття мінеральних солей з домішкою речовин, які мають виражену терапевтичну дію, сприяючи поверненню організму до рівноважного стану внутрішнього обміну (тобто виліковуванню) [6].

Відомо, що в нормальних температурних  умовах людина споживає меншу частину  води з їжею, більшу — у рідкому  стані (1,5-2,5 л щодоби). Разом всі люди за рік випивають приблизно 5 кубічних кілометрів води (не так і мало — десяту частину стоку Дніпра). Та на пиття йде всього 1/9000 прісної води, яку щороку отримують континенти. Якщо ця вода не містить надто великої кількості патогенних мікроорганізмів, солей чи інших домішок, не кажучи вже про шкідливі речовини (радіонукліди, важкі метали, отрути), то вона придатна для пиття не тільки холодною, а й теплою.

Як згадувалося, основну частину  води людство використовує на потреби  сільського господарства. Вимоги до її складу, за окремими винятками, приблизно такі самі, як для людини.

Цього не можна сказати про промисловість. Деякі її галузі ставлять надзвичайно  високі вимоги до чистоти води. Настільки  високі, що у природі або немає  такої чистої води, або за нею  треба відправлятися до льодовикових озер чи на Байкал. Тому однією із сучасних (і великих!) галузей промисловості стало приготування санітарне безпечної питної води з наявної (непридатної для пиття) і доочищення природної води до рівня, який задовольнив би запити виробництва.

На жаль, рівень забрудненості води збільшується щораз швидше. Якщо ще на початку XX ст. у районах з нормальним зволоженням не було проблем з питною водою, то нині ситуація суттєво змінилася. А причиною стало не припинення дощів, а глобальне забруднення гідросфери Землі.

9. Забруднюючі агенти у воді

Суттєвою є та обставина, що у воді біологічні забруднюючі агенти набувають особливого значення, подекуди за небезпекою навіть випереджаючи хімічні. Це трапляється найчастіше тоді, коли вода стає життєвим середовищем для патогенних мікроорганізмів, кількість яких у ній постійно збільшується. Якщо перед використанням для пиття таку воду не дезінфікувати, то й мінімальна її кількість може спричинити вибух тих хвороб, що легко передаються саме через воду (табл. 2).

Таблиця 2. Хвороби, що передаються через воду[5]

Забруднюючий біол. об’єкт	Хвороба	Клінічні прояви хвороб
Бактерії	Холера Тиф Бактеріальна дизентерія Запалення  кишок	Пронос, блювання, смертельна втрата води Пронос, блювання, збільшення селезінки, запалення кишок (без лікування часто закінчується смертю) Пронос (смертельною хвороба є насамперед для дітей) Гострий біль живота, блювання, нудота (у наш час порівняно рідко закінчується смертю)
Віруси	Інфекційний гепатит Поліомієліт	Жар, біль голови І живота, втрата апетиту, жовтяниця, збільшення печінки (яка часто уражається необоротно) Жар, різкий біль голови, горла, м'язів, необоротне ушкодження кінцівок (хвороба може бути смертельною)
Найпростіші	Дизентерія	Пронос, біль голови І живота (без  лікування хвороба нерідко смертельна)
Паразити	Шистосоміаз	Біль живота, анемія, ушкодження шкіри  та внутрішніх органів, хронічне погіршення здоров'я

 

Через повітря (найчастіше з участю мікро крапель слини чи води) передаються  лічені хвороби, через воду — більшість. Ці попередження особливо актуальні для умов сучасної України, де з багатьох причин знизився природний імунний захист її населення, а енергетичні та інші проблеми можуть спричинити погіршення якості приготування питної води.

За бажання збільшення біологічного забруднення гідросфери внаслідок антропогенних впливів цілком можна вважати "помстою" природи, протидією надмірному втручанню надто великої кількості людей у довкілля.

На користь такої оцінки ситуації можна навести певні факти.

1. Антропогенна зміна фізико-хімічних  умов довкілля вже призвела до кількох випадків змін поширених форм бактерій з перетворенням їх у значно патогенніші. За кордоном найширшого розголосу набрала поява принципово нової "хвороби легіонерів", спричинена мутацією такого поширеного "мешканця" боліт, як легіонела. Персоналу пологових будинків багатьох країн світу доводиться боротися з хворобою породіль, викликаною синьогнійною паличкою. Спираючись на загальні закони синекології, фахівці стверджують, що явище біологічної патогенізації довкілля лише розпочалося. Незаперечним доказом цього є поява лихоманки Ебола, недостатньо вивченої хвороби "скажених" корів у Великобританії тощо. У майбутньому ситуація погіршиться, якщо дії людей не зміняться.

2. Дедалі більше прикладів того, що і на землі, і під землею  мікроорганізми завдають шкоди виробам людини, заважають нормальному ходу технологічних процесів.

Список хімічних агентів, що забруднюють  воду, у багато разів довший, аніж для повітря [7].

Не буде перебільшенням стверджувати, що практично всі елементи і речовини, які використовує чи виготовляє людина, так чи інакше опиняються у гідросфері. За масою поки що перед ведуть неорганічні: кислоти, мінеральні солі різного складу, луги, метали тощо.

Постійно збільшується кількість  органічних сполук у воді, продуктів "великої хімії": нафти, проміжних і кінцевих речовин її переробки, пестицидів, миючих засобів та інших поверхнево активних сполук.

Серед неорганічних забруднень особливу увагу потрібно звернути на надзвичайно  шкідливі для всього живого (і для  людей теж) токсичні елементи. Певне уявлення про їхню кількість і розташування у таблиці елементів дає табл. 3.

 

Таблиця 3. Розташування отруйних елементів у таблиці Менделєєва[3]

Період	Група
		І	II	III	IV	V	VI	VII
II	—	Be	—	—	—	—	—
IV	Сu	Zn	—	—	As	Se	Ni
V	Ag	Cd	—	Sn	Sb	Те	Pd
VI	Аu	Hg	Tl	Pb	Bi	—	Pt

 

Збільшення атомної маси супроводжується  підвищенням отруйності. Втім, деякі  із зазначених у табл. 3 елементів у малій кількості (як мідь) навіть необхідні для нормальної життєдіяльності живих організмів і рослин.

Дію не всіх токсичних елементів  вивчено однаково добре. Та ще гірша ситуація з оприлюдненням даних про їх поширення і шкідливі впливи. Наприклад, у колишньому Радянському Союзі було щонайсуворіше заборонено писати про плутоній — штучну ядерну вибухівку. Цей елемент належить до найотрутніших. Приблизно така сама ситуація з талієм та кількома іншими елементами.

Наскільки антигуманний такий "захист через мовчанку" населення забруднених  важкими металами міст — свідчать дані про дію на людину трохи легших елементів: свинцю, ртуті, кадмію та інших  (табл. 3). Одночасно стисло охарактеризовано дію кількох органічних токсичних сполук.

Пояснимо ситуацію, що склалася із забрудненням деякими з цих речовин.

Свинець. Протягом XX ст. людство зуміло забруднити цим важким металом усю Землю, підвищивши його середній вміст у тілах громадян розвинених країн у 500-600 разів порівняно з його нормальним вмістом. Концентрація свинцю у поверхневих шарах Атлантичного океану збільшилася в 7 разів після 1920 р. Тепер від цього металу не сховатися ні в Гренландії, ні в Антарктиді. В розвинених країнах законодавче заборонено використовувати РЬ для поліпшення якості бензину.

 

Таблиця 4. Вплив на здоров'я токсичних водних забруднень[2]

Забруднення	Вплив на людину високих концентрацій
Свинець (РЬ)	Болі голови, анемія, нервові розлади, пологові дефекти, затримка розвитку, дебілізм, зниження слуху в дитинстві
Ртуть (Hg)	Ушкодження нервової системи і  нирок. Велике підвищення концентрації уздовж трофічного ланцюга
Миш'як (As)	Рак; ушкодження нирок, крові, нервової системи
Кадмій (Cd)	Ушкодження нирок, анемія, хвороба  легенів, високий кров'яний тиск; можливі  також рак, ушкодження плоду
Хром (Сг)	Канцерогенні деякі сполуки  хрому
Нітрати	Утруднення дихання і підвищення дитячої смертності; при хімічних перетвореннях породжують канцерогенні сполуки
ДДТ, пестициди	Рак, ушкодження печінки, ембріонів
Бензол	Анемія, ушкодження крові і лейкемія, хромосомні зміни
Діоксин	Рак, ушкодження шкіри, генні мутації
Тетрахлорид вуглецю	Рак, ушкодження печінки, нирок, легенів  і всієї центральної нервової системи людини
Хлороформ	Ушкодження печінки і нирок; канцероген
Вінілхлориди	Ушкодження печінки, нирок і  легенів, системи кровообігу і травлення

 

Викиди свинцю дуже зменшилися на транспорті, чого не можна сказати про промисловість. Загальна потужність усіх природних джерел свинцю, що забруднюють ним біосферу, у десять разів нижча, аніж антропогенних. Та чи варто радіти тому, що люди "перевершили" Природу?

Ртуть токсична і у вигляді парів, а ще отруйніші її органічні сполуки. Повільно (місяцями) виводиться з організму. Має надзвичайно високий коефіцієнт накопичення при переході від нижчих рівнів трофічного ланцюга до вищих. Погано нейтралізується у біосфері, тому навіть помірні викиди у формі відпрацьованих люмінесцентних ламп з невеликою кількістю ртуті в кожній рано чи пізно закінчиться отруєнням довкілля.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Висновок

 

Вода є одним з найважливіших елементів біосфери. Вона входить до складу всіх біологічних молекул і організмів. Без води неможливе життя людей, тварин і рослин. Людина без води може прожити не більше 5-6 діб. Організм дорослої людини складається в середньому на 65 % з води. Всі біологічні об’єкти функціонують за рахунок вживання і наявності у внутрішніх структурах води.

Вода може існувати у зв’язаному або вільному стані, чому і відповідає її структурний стан. Вона є головним переносником речовин через клітинні мембрани і найважливішим реагентом, без якого не проходить жодна біохімічна реакція.

Давши початок всьому живому на Землі, вода підтримує сталість всіх організмів і біосфери в цілому. Ми відчуваємо її вплив кожен день, кожну хвилину. Це - унікальна речовина, без якої б неіснувало б абсолютно нічого і навіть нашої планети.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список використаної літератури

1. Воронов Н.Н., Сухорукова Л.Н. Эволюция органического мира. – М.: Просвещение, 1991. – 223с. ISBN 5-09- 678954-0

2. Грицай М.В. та ін. Основи  екологічної безпеки. Навчальний  посібник. – Видавництво СумДу. 2003. – 267 с. ISBN 978-966-657-430-0

3. Гунтер Э. и др. Основи общей биологии. – М.: Мир, 1982. – 440 с.

4. Д. Тейлор, Н. Грін, У. Стаут. Биолигия. 1 том. – М.:МИР.2007. – 450 с. ISBN 5-03-003685-7 (рус.)

5. Под редакцией Р. Шмидта  и Г.Тевса. Физиология человека. Том 1. – М.:МИР.1996. – 330 с.  ISBN 5-225-00960-3

6. Полевой В.В. Физиология растений: Учеб. Для биол. Спец. Вузов. – М.: Высш. шк., 1989. – 464 с. ISBN 5-06-001604-8

7. П. Рейвн, Р. Эверт, С. Айкхорн. Современная ботаника. Том 1. – М.:МИР.1990 – 345с. ISBN 5-03-000296-0 (руск.)