Вода и жизнь на Земле

Новиков Юрий Федорович

Не в этом ли секрет долгожительства в горных районах, где люди постоянно пьют воду, стекающую с тающих ледников и горных снегов?

Теоретическая разгадка тайны талой воды еще впереди.

Издавна в народе было подмечено, что вода после таяния льда некоторое время отличается от обычной. Ученые установили, что ее можно считать своеобразным биологическим стимулятором. В ней, как уже отмечалось, лучше и быстрее прорастают семена, а ростки становятся мощнее. Даже цыплята, если пьют талую воду, обгоняют в росте своих сверстников. Исследуя физико-химические свойства этой воды, специалисты обнаружили отклонения в ней как по вязкости, так и по диэлектрической проницаемости. Только через несколько суток вода «приходит в норму». Причина этого явления пока не открыта. Но название этому уже дано — «структурная память воды». По выдвинутой гипотезе загадка талой воды таится в тонких изменениях

структуры ее молекул.

О важной биологической роли свежеталой воды свидетельствуют наблюдения и специальные исследования, проведенные учеными еще в 60-е годы. Так, в работах И. Г. Лобиной (1965) было отмечено увеличение плодовитости мышей, пьющих талую воду. Б. Родимов сообщает (1965), что, по наблюдениям томских ученых, свинья, которую поили талой водой, родила 10 поросят весом по 1,5 кг, тогда как вес поросят, родившихся от свиньи, получавшей обычную воду, составлял 1,0–1,1 кг. Поросята, которым давали талую воду, в месячном возрасте весили почти в два раза больше своих собратьев, получавших воду обычную. В другом эксперименте две группы кур одного веса содержались в одинаковых условиях за исключением того, что одну из них поили только снеговой водой. В результате куры этой группы снесли яиц в 2 раза больше.

В Томском ботаническом саду огурцы, политые талой водой, давали урожай в два раза больше, чем политые водой обычной. В Томском медицинском институте 25 больных, среди которых были люди различного возраста, страдающие сердечно-сосудистой патологией и нарушением обмена веществ, в течение трех месяцев пили только талую воду. В результате у них было зарегистрировано снижение количества холестерина в крови и отмечено улучшение процесса обмена веществ.

В экспериментальных исследованиях, проведенных О. А. Ластковым (1977), группе крыс и мышей вводили под кожу физиологический раствор, приготовленный на свежеталой дистиллированной воде или давали свежеталую воду для питья. К концу эксперимента эти животные оказались намного жизнеспособнее тех, которым или вводили физиологический раствор на обычной дистиллированной воде или поили ею. По другим наблюдениям экспериментатора, у рабочих «горячего» производства, употребляющих для питья свежеталую воду, снижалась температура кожи и тела, в то время как у рабочих, пользующихся обычной водой, этого не происходило. Группе рабочих-горняков систематически ингалировали свежеталой водой слизистые оболочки носоглотки. В результате они стали намного реже болеть катарами верхних дыхательных путей, ангинами и бронхитами: талая вода способствовала нормализации основных функций слизистой оболочки.

Вода и растения

Вода находится в вечном круговороте. Растения — самые активные участники этого великого природного процесса, благодаря которому ежегодно в движение приводится более 475 млрд. т воды.

Как известно, сухое созревшее семя при правильном хранении может годами не проявлять признаков жизни. Однако, попав во влажную среду, семя начинает набухать и выделять корешок. Этот процесс — прорастание семени — происходит в результате насыщения водой клеток зародыша. В этих условиях и при соответствующей температуре воздуха клетки зародыша начинают размножаться путем деления.

Для того чтобы хорошо представить себе значение воды для растений, важно понять, из чего состоит их тело. Установлено, что главными элементами состава растений являются углерод (45 %), водород (6,5 %), кислород (42 %), азот (1,5 %); зола, включающая различные минералы (5 %). Кислород и водород играют важную роль в формировании белков, жиров и углеводов растений. Источником кислорода и водорода для растений является вода. Углекислый газ проникает через многочисленные микроскопические отверстия (устьичные отверстия) на кожице листьев растений и попадает в межклетки. В процессе; дальнейшего усвоения углекислого газа непосредственное участие принимает также вода. Образующийся при этом кислород выделяется в окружающую атмосферу.

Для превращения углекислого газа и воды в сахар, крахмал и другие органические вещества необходима солнечная энергия. Этот процесс называется фотосинтезом (образование высшими растениями, водорослями, фотосинтезирующими бактериями сложных органических веществ, необходимых для жизнедеятельности растений). В результате фотосинтеза растительность земного шара ежегодно образует более 100 млрд. т органических веществ.

Высокая эффективность фотосинтеза высших зеленых растений обеспечивается совершенным синтетическим аппаратом, основа которого внутриклеточные органеллы — хлоропласты.

Оптимальная интенсивность фотосинтеза растений наблюдается при небольшом дефиците воды в листьях. Уменьшение или увеличение воды вызывает уменьшение интенсивности этого процесса. Понижение интенсивности фотосинтеза по мере увеличения количества воды в листьях объясняется затруднением доступа углекислого газа вследствие насыщенности межклеточных пространств водными парами и уменьшением проницаемости мембран протоплазмы, хлоропластов для этого газа. Падение интенсивности фотосинтеза при значительном водном дефиците связано с увеличением вязкости протоплазмы, изменением структуры хлоропластов, что затрудняет доступ (и транспорт) углекислого газа в хлоропласты. Вместе с тем этому может содействовать замедление скорости движения протоплазмы и ее структурных образований при значительном водном дефиците. Важно также учитывать, что вода оказывает непосредственное действие на процесс фотосинтеза: атомы водорода и кислорода молекулы воды служат «строительным материалом» в процессе синтеза органических соединений.

В настоящее время фотосинтез считают окислительно-восстановительным процессом, при котором углекислота восстанавливается за счет водорода воды и других субстратов. Было доказано, что уравнение 6CO ₂+2H ₂O -> ^свет– > C ₆H ₁₂O ₆+ 6O ₂отражает лишь частный случай фотосинтеза. В более общем виде (применительно к фототрофным растениям и бактериям, фиксирующим углекислоту) итог процесса может быть выражен следующим образом: CO ₂+ 2H ₂A -> ^свет– > (CH ₂O) + H ₂O + 2A, где H ₂A — донор водорода (электрона), а CH ₂O — символ образуемых органических веществ.

Согласно гипотезе В. М. Кутюрина, механизм окисления воды при фотосинтезе сопряжен с фотоокислением хлорофиллов. Окисленная форма хлорофилла окисляет кислород воды, причем вся последовательность реакций от первичного окисления до выделения кислорода в свободном виде осуществляется путем передачи промежуточных продуктов по ламеллярной структуре хлоропластов.

Физиологические процессы растений могут протекать нормально при условии достаточного насыщения его клеток водой. Основным органом, обеспечивающим водой растения, служит корневая система. Это множество тонких нитей, пронизывающих почву во все направления в виде корешков. Корневая система состоит из трех зон: растущей, всасывающей и проводящей. Зоны эти представляют собой различные возрастные состояния. По мере удлинения корня более взрослая часть заканчивает рост в длину, внутри нее проходят сосуды, проводящие воду. На поверхности взрослого корня появляются корневые волоски, выполняющие роль всасывающего аппарата. Верхушки корневых волосков являются зоной роста. По мере роста корневые волоски превращаются в проводящую зону. Так происходит непрерывное перемещение корней в почве. Всасывающий аппарат — корневые мочки всасывают воду из почвы и направляют ее в проводящие сосуды в восходящем направлении к листьям растений. Корень снабжает растение не только водой, но и элементами минеральных солей (азота, фосфора, калия, кальция, магния, железа, серы и т. д.).

Вода строго регулируется внутри организма растений. Как правило, больше всего водой обеспечиваются те части растений, которые наиболее важны на данном этапе роста и развития. В период роста важнейшими являются листья, в период цветения — органы формирования семени.

Постоянное перемещение воды внутри растений и выделение ее в окружающую среду происходит благодаря активным механизмам — осмотического давления клеток и процесса испарения воды листьев растений. Важнейшую роль в проявлении осмоса играют внешние слои протоплазмы клеток растений. Испарение, воды с поверхности листьев происходит одновременно с проникновением углекислого газа воздуха в клетки растений. Для того чтобы углекислый газ мог проникнуть в клетки растений, необходимо периодически открывать устьичные отверстия на поверхности листьев. В это же время происходит и процесс испарения воды, находящийся в межклетниках растений. Установлено, что за период от сева до уборки одно растение кукурузы испаряет до 200 л воды. Расход влаги с 1 га кукурузного поля составит около 6 тыс. т, 1 га яровой пшеницы — 3,42 тыс, т, ячменя — 4,59 тыс. т, овса — 5,625 тыс. т, клевера — до 7430 т, капусты до 6000 т. Еще больше воды испаряют деревья: взрослая береза — около 70 л в день, липа — 38 л в день. Для создания 1 кг зерна пшеницы нужно от 0,75 до 1,2 тыс. кг воды, соответственно для овса — 1,260 тыс. кг.