Dołącz do czytelników
Brak wyników

Laboratorium

17 lipca 2018

NR 23 (Wrzesień 2017)

Transport wody. Jak to robią rośliny?

0 53

Tlenek diwodoru lub oksydan to jeden z najpowszechniej występujących na naszej planecie związków chemicznych.

Oczywiście częściej nazywamy tę substancję wodą, a i jej wzór chemiczny H2O jest rozpoznawalny nawet poza kręgami chemicznymi.

Okazuje się też, że woda jest jedną z najpospolitszych substancji, jeśli chodzi o występowanie we Wszechświecie [1]. W Układzie Słonecznym można ją spotkać także poza Ziemią. Według badań stanowi (w postaci lodu) ważny element budowy planety karłowatej Ceres i wielu księżyców planet-olbrzymów, w mniejszych ilościach występuje także na powierzchni lub w atmosferach planet typu ziemskiego [2].

Ziemia jest prawdopodobnie jedynym miejscem w Układzie Słonecznym, gdzie w naturalnych warunkach woda może istnieć w trzech stanach skupienia. Wiemy, że woda w stanie ciekłym pokrywa ponad 70% powierzchni naszej planety. Duże ilości wody są zdeponowane w postaci lodu w pobliżu biegunów geograficznych, a także w lodowcach wysokogórskich. Oczywiście woda znajduje się także w atmosferze – szczególnie w jej dolnych warstwach. Wiele naturalnych związków chemicznych występuje w postaci tzw. hydratów – zawierają one w swojej budowie cząsteczki wody. Uwięziona w ten sposób woda nazywana jest wodą krystalizacyjną. Zawartość wody włączonej w strukturę minerałów obecnych w płaszczu Ziemi może wielokrotnie przekraczać łączną jej zawartość w oceanach [3].

Ze względu na swoje właściwości chemiczne i fizyczne woda ma wręcz fundamentalne znaczenie biologiczne. Substancja ta zapewnia płynne środowisko niezbędne do prowadzenia wszelkich procesów życiowych – jest np. powszechnym rozpuszczalnikiem czynnych biologicznie związków chemicznych. Woda występuje w przebiegu większości reakcji metabolicznych. Stanowi też środek transportu wewnątrzustrojowego substancji odżywczych, enzymów i innych. Dzięki dużej wartości ciepła właściwego (4189,9 J/Kg∙K) umożliwia wydajną termoregulację. Nie sposób tu wymienić oczywiście wszystkich procesów biologicznych, w które zaangażowana jest omawiana substancja, ale warto nadmienić, że według wielu hipotez to właśnie w środowisku wodnym po raz pierwszy powstało życie.

Ponieważ woda w stanie płynnym – z tego co wiemy – jest konieczna do aktywnego prowadzenia procesów składających się na zjawisko życia, logiczne jest, że każdy organizm musi posiadać odpowiednie mechanizmy pozwalające mu na pobieranie tej substancji ze środowiska. O ile w przypadku organizmów jednokomórkowych nietrudno wyobrazić sobie te procesy, to u bardziej złożonych stworzeń (które mogą osiągać przecież duże rozmiary) musiały się rozwinąć specjalizowane sposoby pobierania wody.

Pozostawiając na boku organizmy zwierzęce i grzyby, zastanówmy się nad tym, w jaki sposób rośliny mogą pobierać wodę z gleby, a następnie rozprowadzać ją po całym swoim organizmie. Ponieważ woda jest potrzebna wszystkim tkankom, pytanie to jest tym bardziej zasadne w odniesieniu do drzew. Za najwyższe obecnie żyjące rośliny uważa się mamutowca olbrzymiego Sequoiadendron giganteum i sekwoję wiecznie zieloną Sequoia sempervirens – dorastają one do wysokości ponad stu metrów. Wyniesienie wody na takie wysokości wymaga zużycia dużych ilości energii. Jak rozwiązały ten problem rośliny?

Jednym z roślinnych mechanizmów pobierania wody jest parcie korzeniowe. Polega ono na wypieraniu wody przez korzenie do łodyg i liści. Przyczynia się ono do krążenia soków roślinnych, zwłaszcza przed pojawieniem się liści.

Powstaje ono dzięki zwiększeniu stężenia jonów i innych substancji małocząsteczkowych w tkankach rośliny w stosunku do wody występującej wokół korzeni. Jony te muszą być transportowane przez roślinę w sposób aktywny, więc cały proces wymaga zużycia zmagazynowanej energii. Woda wnika do rośliny zgodnie z powstałym gradientem stężeń na drodze osmozy [4]. Wytworzone w ten sposób ciśnienie pozwala na podniesienie słupa wody na dosyć dużą wysokość i dostarczenie jej wraz z rozpuszczonymi w niej solami mineralnymi do górnych rejonów rośliny.

Poza parciem korzeniowym rośliny wykształciły także inny niewymagający od nich nakładów energii sposób na rozprowadzanie wody po ich organizmach. Aby zbadać ten temat, przeprowadzimy odpowiednie doświadczenia.

Konstrukcja modelu

Po pierwsze, trzeba zbudować odpowiedni model doświadczalny. Musi on pozwalać na zaobserwowanie interesujących nas zjawisk, a także być na tyle uproszczony, by jego konstrukcja nie nastręczała trudności w warunkach szkolnych czy domowych. Bardzo ważnym warunkiem jest też oczywiście przejrzystość modelu, czyli łatwość uzyskania potrzebnych danych.

Proponowany przeze mnie model składa się jedynie z dosyć łatwo dostępnych elementów – odcinków cienkiej szklanej rurki i sznurka lub grubej nici z włókien naturalnych (fot. 1). 


Fot. 1. Potrzebne materiały: szklan...

Pozostałe 70% treści dostępne jest tylko dla Prenumeratorów.

Co zyskasz, kupując prenumeratę?
  • 6 wydań czasopisma "Biologia w Szkole"
  • Dostęp do wszystkich archiwalnych artykułów w wersji online
  • ...i wiele więcej!
Sprawdź

Przypisy