О.С.ГАБРИЕЛЯН, Т.Н.ПОПКОВА,
Г.А.СИВКОВА, С.А.СЛАДКОВ

Вода в нашей жизни

Учебно-методическое пособие к элективному курсу
для 9 класса основной школы или 10–11 классов
базового уровня средней школы

Продолжение. Начало см. в № 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9/2009

§ 7. ВОДА ЖИВАЯ И МЕРТВАЯ

 

Вода стоит особняком в истории нашей планеты.
Нет природного тела, которое могло бы
сравниться с ней по влиянию
на ход основных, самых грандиозных
геологических процессов.
В.И.Вернадский. История природных вод

Цель. На основе интеграционных связей между предметами естественно-научного цикла продолжить формирование представлений о роли и значении воды; развивать у учащихся навыки работы с научно-популярной литературой и составлению докладов по предложенной тематике.

Форма занятия. Cеминар, сообщения учащихся.

План занятия

Вода – среда жизни.

Вода внутри нас.

Роль воды в организме человека.

Живой организм – фабрика воды.

Приведем примерное содержание ученических докладов.

Cообщение «Вода – среда жизни»

В старинных манускриптах алхимиков есть высказывание: «Тела не действуют, пока не растворены». Справедливость данных слов подтвердили современные ученые. На Земле нет ни одного живого существа, в которое бы не входила вода, она имеет первостепенное значение для протекания биохимических реакций.

Вода как растворитель может быть использована организмом многократно.

Местом возникновения жизни на нашей планете могли быть мелководные прибрежные зоны морей, первичные, мелкие водоемы или влажные рыхлые грунты. По А.И.Опарину, появлению жизни на Земле предшествовал длительный этап химической эволюции – образование сложных органических молекул из более просто построенных химических соединений.

По мнению ряда ученых, первые органические соединения попадали в водоемы и находились под защитным слоем воды (он предохранял вещества от солнечной радиации), далее следовал процесс их постепенного усложнения. Теория академика Опарина подтверждалась экспериментально. При действии электрических разрядов из неорганических веществ удалось получить более сложные органические.

Кроме того, вода – своеобразный прародитель атмосферного кислорода. Растения, в том числе водоросли, выделяют его в процессе фотосинтеза – одного из величайших биохимических процессов на Земле. При помощи энергии солнечного света в хлоропластах растений из воды и углекислого газа вырабатываются кислород и органическое вещество – глюкоза.

6СО₂ + 6Н₂О = С₆Н₁₂О₆ + 6О₂.

Интересно, что главная роль в наполнении атмосферы кислородом принадлежит не высшим наземным растениям, а мельчайшим водорослям – фитопланктону, которым наполнены поверхностные слои океана. Общее количество кислорода, посылаемого растениями в атмосферу, составляет около 150 млрд т в год.

Ученые едины во мнении, что к середине протерозойской эры (менее миллиарда лет тому назад) водоросли, благодаря фотосинтезу, изменили состав атмосферы Земли, очистили ее от углекислого газа, обогатили кислородом и способствовали появлению в атмосфере слоя озона, защитившего Землю от губительной ультрафиолетовой радиации. Они создали грандиозную массу органического вещества, из остатков которого в результате химических процессов образовались месторождения нефти и горючего газа.

Сообщение «Вода внутри нас»

Все живое вещество нашей планеты более чем на 2/3 состоит из воды. По усредненным подсчетам в составе живых организмов соотношение углерода, водорода и кислорода соответственно 1 : 6,5 : 2,5. Без газообразного кислорода вполне обходятся анаэробные микроорганизмы, вода же для них незаменима. Академик В.И.Вернадский считал, что «вода и живое вещество – генетически связанные части организованности земной коры», а выдающийся немецкий физиолог Эмиль Дюбуа Раймон писал: «Жизнь – это одушевленная вода».

Без пищи человек может прожить около месяца, если во время этой голодовки будет потреблять жидкость, без воды он погибнет через несколько дней. Взрослый человек для поддержания своей жизни должен получать около 2,5 л воды в сутки, за 60 лет в среднем выпивается 50 т воды – целая железнодорожная цистерна.

При нормальных условиях организм здорового человека находится в состоянии водного равновесия, т.е. количество потребляемой воды равно выделяемой. Нарушение этого равновесия вызывает в организме тяжелые последствия. При уменьшении количества воды в организме на 1–2 % (0,5–1 л) против нормы человек испытывает жажду. При снижении на 5 %, что составляет 2–2,5 л, кожа начинает сморщиваться, во рту «пересыхает», сознание затемняется, могут появиться галлюцинации, при потере 14–15,5 л воды человек умирает.

Организм может безболезненно перенести значительную потерю воды, если будет периодически пить. Так, в жаркую погоду и при тяжелой физической работе потеря может составлять до 10 л воды в сутки, больше всего влаги выделяется через кожу, когда работают 2 млн потовых желез. А в пустыне от восхода солнца до заката человек испаряет больше 12 л воды, т.е. по литру в час! Для выживания в жарких условиях водные потери надо постоянно компенсировать.

Все живые существа на Земле содержат воду в большем или меньшем количестве. В тканях взрослого человека массой 70 кг находится около 4 ведер воды – 45–50 кг, или 65–70 % от живого веса (табл. 1). Трехдневный человеческий зародыш содержит 97 % воды, трехмесячный – 91 %, восьмимесячный – 81 %, у новорожденного – 80 %, а годовалого – только 66 %.

Таблица 1

Содержание воды в организме человека

У взрослого человека в организме около 5 л крови, из них 3,5 л приходится на плазму, объем лимфы и внеклеточной воды тканей – 10,5 л, все остальное количество составляет внутриклеточная вода.

Все жизненные процессы в человеческом организме протекают с участием воды, они связаны с ее постоянным перераспределением и перемещением. Процессы пищеварения, обмена веществ, кроветворения, синтеза тканей совершаются в водных растворах и с участием воды. Она в организме является также и растворителем органических и неорганических веществ. Кровь человека по элементному составу близка к морской воде (табл. 2).

Таблица 2

Содержание растворенных химических элементов
в воде океана и в крови человека

Доля солей в крови человека составляет около 1 %, такую же величину имеет соленость воды средней части Балтийского моря. Можно сказать, что каждый человек – носитель следов морского происхождения. При заболеваниях, когда организм сильно обезвоживается, или при потере крови, пациенту вводят физиологический раствор – 0,85%-й раствор хлорида натрия.

Нормальная температура нашего тела составляет 36,6 °С, и этот выбор эволюции тоже не случаен. Ученые экспериментально подтвердили, что при более высокой температуре увеличивается способность воды к химическому взаимодействию, возрастает вероятность мутаций в строгом порядке строения нуклеиновых кислот, определяющих наследственность, возникают уродства, болезненные отклонения и т.д.

Ядовитые шлаки удаляются из нашего организма только в жидкой среде. Вода, выделяемая потовыми железами и испаряющаяся с поверхности кожи, регулирует температуру нашего тела. Слезы состоят на 99 % из воды. В русских пословицах говорится: и жидка слеза, да едка; всякому своя слеза солона. Один процент солей и биологически активных соединений оказывает бактерицидное действие, слезы непрерывно увлажняют наши глаза, смывая с них пылевые частицы.

В процессе выделения шлаков из организма главная роль принадлежит почкам, они пропускают за сутки и очищают от ядовитых продуктов обмена веществ 2 м³ крови.

В животном и растительном мире распределение жидкости имеет свои особенности. Меньше всего воды содержат мхи и лишайники – 5–7 %, семена злаков – 12–14 %. Большинство обитателей земного шара более чем на половину состоят из воды. Так, млекопитающие содержат ее 60–68 %; рыбы – 70 %; взрослые насекомые – 45–65 %. В растениях воды тоже достаточно много: в картофеле – 80 %, яблоках – 75 %, грушах – 85 %, огурцах, помидорах, моркови и грибах – 90–95 %, водорослях – 90–98 %.

Все готовые продукты, которые потребляет человек, содержат достаточное количество воды. Например, в свежем хлебе ее до 35 %, влага присутствует даже и в сухарях.

Ученые подсчитали, что во всех населяющих земной шар животных и растениях и в 4 млрд людей находится около 1120 млрд т воды – это половина той воды, которая заполняет одновременно русла всех рек мира.

Сообщение «Роль воды в организме»

Ученые посвятили изучению физиологических свойств воды не одно десятилетие, их усилия были не напрасны. Были открыты многие особенности обмена веществ в организме человека, выработаны рекомендации по профилактике и лечению заболеваний. По результатам исследований можно сделать определенные обобщения.

1. Вода – транспортное средство для циркулирующих в теле клеток крови, она же обеспечивает транспортировку всех веществ в пределах организма.

2. Вода – важнейший растворитель веществ, в том числе кислорода. Она растворяет все виды пищи, витаминов и минералов, разлагает их на мелкие частицы, поддерживает процессы метаболизма и усвоения.

3. Вода – связующий материал, соединяющий твердые части клетки. Такую же липкость, которой обладает мед, вода приобретает в непосредственной близости от клеточной мембраны. Она скрепляет твердые вещества и участвует в формировании мембраны – защитного барьера вокруг клетки.

4. Вода – основной компонент смазочного материала в суставах – суставной жидкости, способствует предотвращению артрита и других заболеваний.

5. Вода приводит в действие ионные насосы, т.к. она свободно проходит через мембраны и обеспечивает перемещение микроэлементов. Системы нейропередачи в мозге и нервах зависят от быстроты прохождения натрия и калия через мембрану в обоих направлениях по всей длине нервных отростков.

6. Вода – главный регулятор энергии и осмотического баланса в организме. Все растения и животные, включая человека, выживают благодаря энергии, которую производит вода. Осмотическое давление раствора и разность концентраций веществ вталкивает в клетку натрий, а калий выводит, за счет этого и создается разность потенциалов. На клеточных мембранах располагаются сотни тысяч ионных насосов, генерирующих напряжение. Таким образом, вода дает нам силу и электрическую энергию для всех мозговых функций и, в первую очередь, для мышления.

Только вода, которая ничем не связана и перемещается свободно, способна вырабатывать энергию на клеточных мембранах, при этом ее избыток легко выводится из организма. Вода, как запасливая хозяйка, производит энергию в дополнение к резерву, имеющемуся в клетках, а потом покидает организм, выводя токсичные отходы клеточной деятельности.

Кровь обычно содержит около 94 % воды, а внутри клеток ее – около 75 %. Благодаря этой разнице и создается возможность для осмотического проникновения жидкости внутрь клеток. Например, благодаря осмосу трава пробивается через асфальт.

7. Вода – важнейший элемент систем охлаждения и обогрева организма. Без терморегуляции выжить практически невозможно. Будь то спортсмен на марафонской дистанции или отдыхающий на пляже. У каждого из них работают потовые железы, но с разной интенсивностью. Блокировка их работы может осуществляться антиперспирантами. В рекламных роликах их рекомендуют использовать на все 24 часа в сутки, но производители скрывают информацию о том, что каждодневное вмешательство в работу систем потоотделения наносит вред здоровью.

8. Вода необходима для производства всех гормонов. От них зависят все процессы обмена в организме и в конечном счете наше здоровье. Так, если возникают сбои в выработке инсулина, у человека проявляется трудноизлечимое заболевание – сахарный диабет. Больные пьют много воды, но при этом ощущают сильнейшую жажду.

9. Вода значительно повышает эффективность иммунной системы. Врачи рекомендуют выпивать в день не менее 3–4 стаканов чистой природной воды, чтоб повысить сопротивляемость организма к различным болезням.

10. Газообмен в биологических системах проходит в жидкой среде. Вода, проникающая в клетку вместе с гемоглобином, снабжает ее кислородом и уносит отработанные газы в легкие для их дальнейшего выделения из организма.

11. Вода участвует в обменных процессах организма. Реакции гидролиза (разложение или расщепление с помощью воды) включают распад белков на аминокислоты, из которых эти белки были образованы, и распад жировых молекул на глицерин и жирные кислоты. Это необходимо, чтобы организм смог использовать различные компоненты, содержащиеся в пище.

Диетологи не случайно рекомендуют выпить стакан минеральной воды за 30–40 мин. до еды. Организм дополнительно насыщается жидкостью, улучшаются обменные процессы.

12. Вода – самый лучший тонизирующий напиток, и у нее нет побочных эффектов. Этот факт стараются замалчивать производители прохладительных или алкогольных напитков. Спирт, различные искусственные добавки наносят ощутимый вред организму, а на выведение продуктов их распада требуется большое количество воды. Не случайно в поговорке о потреблении водки говорится: «Меньше пить – дольше жить».

Сообщение «Живой организм – фабрика воды»

Человек и животные могут синтезировать первичную (метаболическую) воду, т.е. образовывать ее при обмене веществ в тканях организма. При расщеплении жиров, а также в процессе их окисления, образуется достаточное количество углекислого газа и воды. Как установлено, этот процесс происходит в горбу верблюдов, в хвостах овец и тушканчиков, в подкожных жировых отложениях сусликов, ежей, саксаульной сойки и др. Жир, содержащийся в горбу у верблюда, в результате окисления может поставить до 40 л воды. Вот такие мощные внутренние резервы у «корабля пустыни».

В наших организмах тоже существуют неплохие возможности для выработки метаболической воды. Например, взрослый человек потребляет с различными видами пищи 2,5–3 л воды в сутки, а по данным физиологов, на работу кишечника ежедневно тратится до 10 л жидкости.

С повышением температуры окружающего воздуха включаются в работу потовые железы. При потении человек, живущий в умеренном климате и имеющий среднюю чувствительность к теплу, выделяет в сутки через кожу до 1,5 л жидкости. Процессы дыхания более сбалансированы. При выдохе теряется воды примерно столько же, сколько влаги получают легкие из воздуха при вдохе.

Внутренние процессы обмена воды в организме – гарантия здоровья. Особо вредны жидкости с содержанием алкоголя (например, в различных сортах пива его содержится до 4–12 %). Молекулы спирта (этанола) имеют одно страшное свойство – они разрушают оболочки клеток и убивают их. Особенно уязвимы к действию алкоголя клетки печени и головного мозга.

Принятие дозы спиртного приводит к появлению кладбища мертвых клеток в извилинах мозга. Для их вымывания организм закачивает большое количество воды, и внутричерепное давление повышается. Часто капилляры не выдерживают и разрываются, например, алкоголика всегда можно узнать по красно-синеватому носу. Инсульты, цирроз печени среди любителей выпивки особенно часты.

Домашнее задание

Ученикам предстоит оценить количество жидкости, которое потребляет каждый член семьи за неделю, включая супы, молоко, кисломолочные и другие напитки. При анализе результатов следует оценить долю чистой, не кипяченой воды, от недельного количества потребленной жидкости.

Л и т е р а т у р а

Батмангхелидж Ф. Вода для здоровья. Минск: Попурри. 2006; Дерпгольц В.Ф. Мир воды. Л.: Недра. Ленингр. отд-ние, 1979; Петрянов И.В. Самое необыкновенное вещество в мире. М.: Педагогика, 1975; Спенглер О.А. Слово о воде. Л.: Гидрометеоиздат, 1980; Коновалов С.С. Книга, которая лечит. Путь к здоровью. СПб.: Прайм-Еврознак, 2006.

Печатается с продолжением