§9. Вещества неживой природы, необходимые живым организмам

Определения и обозначения

Вода — неорганическое вещество, служащее средой для многих процессов в организме и участвующее в обмене веществ. Иными словами, в водной среде растворяются вещества, необходимые клеткам, и в ней происходят многие реакции. Поэтому вода нужна не только для утоления жажды: без неё нарушается работа организма.

Минеральные вещества — неорганические вещества, необходимые организмам для построения клеток и нормальной работы органов. Они могут входить в состав частей организма или участвовать в важных процессах. Их часто требуется немного, но это не делает их менее нужными: нехватка отдельных минералов сказывается на работе организма.

Кислород — газ, используемый большинством организмов при клеточном дыхании для получения энергии. Клеточное дыхание — процесс, при котором клетки высвобождают энергию из питательных веществ. Эта энергия нужна для роста, движения и других проявлений жизнедеятельности, поэтому организм должен получать кислород из окружающей среды.

Углекислый газ — газ, который растения используют при фотосинтезе для образования органических веществ. При фотосинтезе растения создают органические вещества, используя энергию света, воду и углекислый газ. Значит, этот газ служит одним из исходных материалов для образования веществ, из которых строится растение.

Как это устроено

Вода поступает в организмы из окружающей среды с питьём и пищей, а растения поглощают её корнями. Такое поступление необходимо, потому что вода восполняет её потери и становится средой для многих процессов. Её способность растворять вещества позволяет им перемещаться вместе с водой и становиться доступными клеткам. Поэтому вода нужна и для обмена веществ, и для переноса растворённых соединений.

Минеральные вещества поступают в организм с водой и пищей, но пути получения у разных организмов различаются. Корни растений поглощают растворённые в почвенной воде минеральные вещества, а животные получают их, когда едят и пьют. Такой путь связан с тем, что минералы находятся в окружающей среде и должны попасть внутрь организма, прежде чем смогут участвовать в его работе. Если поступление недостаточно или чрезмерно, нормальные процессы могут нарушиться.

Кислород поступает из воздуха или воды и используется при дыхании. Он необходим большинству организмов, потому что при клеточном дыхании высвобождается энергия, без которой клетки не могут нормально работать. Доступность кислорода определяется условиями среды: в воде он тоже присутствует, но его количество может меняться. Кроме того, организмы по-разному приспособлены к получению кислорода, поэтому ухудшение его доступности затрагивает их неодинаково.

Углекислый газ появляется в окружающей среде при дыхании организмов и разложении органических остатков. Растения поглощают его из воздуха или воды, потому что он необходим для фотосинтеза. Вместе с водой он используется при образовании органических веществ, из которых затем строятся части растения. Так вещества неживой природы становятся исходными материалами для создания органического вещества.

Всем организмам нужны вещества из окружающей среды, но требуемое количество каждого вещества различается. Если нужного вещества мало, процессы, в которых оно участвует, замедляются или нарушаются. Однако и избыток некоторых веществ вреден: он меняет условия внутри организма или мешает нормальной работе клеток. Следовательно, для жизни важно не просто наличие вещества, но и его подходящее количество.

Вещества неживой природы и их значение для организмов

Сначала найдите в таблице нужное вещество, затем проследите, откуда оно поступает и какую роль выполняет. Последний столбец показывает конкретный пример, связывающий поступление вещества с процессом в организме. Сравнение строк помогает не путать назначение кислорода и углекислого газа.

Разбор задач

Задача 1

Назовите вещества неживой природы, необходимые растению для фотосинтеза. Нужно выбрать вещества, которые растение использует именно при образовании органических веществ, а не при другом процессе жизнедеятельности. Для ответа сопоставим назначение каждого вещества с фотосинтезом.

1. Вспомним, что при фотосинтезе растение образует органические вещества.
2. Для этого процесса оно использует воду и углекислый газ; энергию даёт свет.
3. Кислород не следует называть исходным веществом фотосинтеза: он связан прежде всего с дыханием.

Ответ: для фотосинтеза растению необходимы вода и углекислый газ; процесс также требует энергии света.

Задача 2

Объясните, почему недостаток кислорода в воде может привести к гибели рыб. Рыбы получают кислород из воды, поэтому нужно проследить, что произойдёт, если его станет мало. Важно связать изменение среды не с внешним видом рыбы, а с работой её клеток.

1. Рыбе нужен кислород, растворённый в воде, для дыхания.
2. При недостатке кислорода клетки не могут нормально получать энергию при клеточном дыхании.
3. Если жизненно важные процессы нарушаются сильно и долго, организм может погибнуть.

Ответ: нехватка кислорода затрудняет клеточное дыхание и получение энергии, поэтому может привести к гибели рыбы.

Задача 3

На участке растения стали плохо расти после длительного отсутствия дождей и внесения большого количества удобрений. Предложите объяснение. В условии указаны сразу два фактора, поэтому нельзя связывать ухудшение роста только с одним из них. Рассмотрим отдельно недостаток воды и возможный избыток минеральных веществ.

1. Дожди долго не шли, значит, растения могли получать из почвы меньше воды.
2. Вода нужна для процессов в организме и для переноса растворённых веществ, поэтому её нехватка нарушает жизнедеятельность.
3. Большое количество удобрений может означать избыток минеральных веществ, который тоже способен повредить растениям.

Ответ: растения могли плохо расти из-за недостатка воды, а также из-за вредного действия избытка минеральных веществ. По условию нельзя точно определить вклад каждого фактора, но оба объяснения согласуются с наблюдением.

Типичные ошибки

Ошибка: считать, что растения питаются готовыми органическими веществами из почвы. Так думают, потому что корни находятся в почве и поглощают из неё воду с растворёнными веществами. Но растения сами образуют органические вещества при фотосинтезе, используя воду и углекислый газ; проверьте себя вопросом: какие исходные вещества нужны для фотосинтеза?

Ошибка: путать роли кислорода и углекислого газа. Оба вещества являются газами, поэтому их назначение иногда смешивают. Вспомните процессы: кислород нужен большинству организмов для дыхания, а углекислый газ растения используют при фотосинтезе; так проще проверить, верно ли вы распределили роли.

Ошибка: считать минеральные вещества ненужными, раз их требуется мало. Количество легко спутать со значимостью, хотя небольшого количества вещества может быть достаточно для важной функции. Проверка простая: выясните, участвует ли оно в построении клеток или работе органов, а не только оцените его количество.

Ошибка: полагать, что чем больше воды или минеральных веществ, тем лучше. Обычно обращают внимание на последствия нехватки и забывают, что избыток тоже меняет условия жизни организма. Чтобы проверить себя, учитывайте обе стороны: недостаток может мешать процессам, но чрезмерное поступление некоторых веществ также нарушает жизнедеятельность.

Связь с другими темами

Для понимания темы нужно различать живую и неживую природу, а также иметь представление о клетке и обмене веществ. Эти знания помогают увидеть, что организм получает вещества из окружающей среды, а затем использует их в клетках. Тема связана с фотосинтезом и дыханием: растениям для фотосинтеза нужны вода и углекислый газ, а большинству организмов для дыхания — кислород. Она также пригодится при изучении питания и приспособления организмов к условиям среды.

Что запомнить

• Живым организмам необходимы вещества, поступающие из неживой природы.
• Вода участвует в обмене веществ и переносе растворённых веществ.
• Минеральные вещества нужны организмам, хотя часто требуются в небольших количествах.
• Кислород используется большинством организмов при дыхании.
• Растения используют углекислый газ при фотосинтезе.
• Недостаток и избыток необходимых веществ могут быть вредны.