Znaczenie wody

Woda jest głównym składnikiem organizmów. Jej zawartość w protoplazmie komórek wynosi około 85–90%, a w organellach takich jak mitochondria około 50%. Stanowi także około 60–70% masy ludzkiego ciała. Natomiast ciało meduzy zawiera jej aż 95–97%. Znaczne ilości wody mają warzywa i owoce, zwłaszcza soczyste – ogórek 97%, cukinia 96%, arbuz, papryka, truskawka 92%. Najmniej wody zawierają nasiona i zarodniki: 5–7%.

ROdNR67DlwLIM

Schemat przedstawia zawartość wody w organizmie poszczególnych istot żywych. Na ilustracji zaznaczone są kontury organizmów, a wypełniający je niebieski kolor symbolizujący wodę wskazuje, w ilu procentach jest ona jego składnikiem. U meduzy woda stanowi 95 procent składu ciała, u raka 79 procent składu ciała, u przegrzebka 78 procent składu ciała, u śledzia 67 procent, a u człowieka 65 procent składu ciała.

Dla organizmów żywych niebezpieczny jest zarówno nadmiar, jak i niedobór wody w komórkach. Nadmiar grozi komórce spęcznieniem, które prowadzić może nawet do pękania ścian komórkowych, niedobór stwarza ryzyko niekorzystnego przebiegu procesów fizjologicznych, np. zaburzenia równowagi jonowej.

Woda jest środowiskiem, w którym zachodzą wszystkie najważniejsze procesy życiowe organizmów. Należy do nich m.in. zdolność rozpuszczania oraz możliwość transportu różnych substancji w organizmie – produktów przemiany materii, substancji pokarmowych, hormonów, witamin itp. Istotne znaczenie, zwłaszcza dla zwierząt stałocieplnych, ma także duża pojemność cieplna wody chroniąca przed gwałtownymi zmianami temperatury.

Prawidłowe funkcjonowanie organizmu zależy od utrzymania odpowiedniej równowagi wodnej między ilością wody pobranej a utraconej. U roślin woda jest tracona głównie poprzez transpirację, u zwierząt i ludzi m.in. wskutek oddychania, przez skórę w trakcie pocenia, przez przewód pokarmowy z niestrawionymi składnikami pożywienia lub przez narządy wydalnicze z końcowymi produktami metabolizmu.

Źródła wody dla roślin i zwierząt

Podstawowym źródłem wody dla zwierząt jest woda pobierana w postaci płynu. Musi to być jednak woda słodka, bowiem słona wywiera niekorzystny wpływ na procesy fizjologiczne (plazmoliza, nadmiar sodu w organizmie). W przypadku ograniczonej dostępności wody słodkiej jej głównym źródłem jest pokarm, np. miękkie części roślin lub bezkręgowce o dużej zawartości wody. Ważna dla utrzymania równowagi wodnej organizmu jest także tzw. woda metabolicznawoda metabolicznawoda metaboliczna powstająca jako końcowy produkt utleniania związków organicznych. Głównym źródłem wody metabolicznej są tłuszcze – zwierzęta żywiące się pokarmem bogatym w tłuszcz lub wytwarzające duże ilości tzw. tłuszczu zapasowego wykorzystują te związki jako źródła wody.

Rośliny lądowe korzystają głównie z wody zawartej w glebie. Pobierają wodę włośnikamiwłośnikiwłośnikami korzeni. Rośliny zielne czerpią wodę z powierzchniowej warstwy gleby do głębokości około 50 cm natomiast drzewa do ok. 2 m.  Nadziemne części roślin są zdolne do pobierania wody z opadów atmosferycznych jedynie w niewielkim stopniu ze względu na pokrycie kutikulą. Pobieranie wody przez pędy jest możliwe dzięki hydatodomhydatodyhydatodom, czyli szparkom wodnym.

Wpływ zróżnicowanych warunków wodnych na organizmy

Wiele rejonów Ziemi cierpi na niedobór lub nadmiar wody, co ogranicza możliwość rozwoju organizmów żywych. Rośliny i zwierzęta występujące w określonych, abiotycznych warunkach środowiska są na ogół do nich przystosowane. Takie grupy organizmów nazywane są formami ekologicznymiforma ekologiczna roślinformami ekologicznymi. Organizmy zaadaptowane do danych warunków środowiska mają podobny zestaw cech fizjologicznych, anatomicznych, morfologicznych umożliwiających im przetrwanie, choć należą do różnych gatunków. Na przykład ograniczają one transpirację (parowanie wody) w ciągu dnia, a w nocy adsorbują rosę, a także wytrzymują okresy uśpienia. Spójrzmy, w jaki sposób nadmiar lub niedobór wody wpływa na cechy roślin i zwierząt.

Rośliny wykazują duży stopień adaptacji do warunków wodnych panujących w środowisku. Na tej podstawie wśród roślin wyróżnia się m.in. hydrofity, higrofity, kserofity, efemerydy i wiele innych.

Hydrofity to rośliny ziemnowodnerośliny ziemnowodnerośliny ziemnowodne oraz rośliny całkowicie zanurzone w wodzie lub mające liście pływające na powierzchni wody. Pobierają one wodę i niezbędne składniki mineralne całą powierzchnią ciała. Ich zanurzone liście są wąskie, długie, wstęgowate i giętkie, dzięki czemu nie stawiają oporu prądom wody.

RkCqMnAzb4KJ4

Na fotografii zanurzone w wodzie liście rdestnicy alpejskiej. Mają one podłużny kształt i jasnozielony kolor,.

Z kolei liście utrzymujące się na powierzchni wody wykształciły przede wszystkim cechy zapobiegające zanurzeniu – są płaskie, w górnej części pokryte woskiem, dzięki czemu woda z nich spływa. Mają drobne włoski, między którymi gromadzi się powietrze utrzymujące liść na powierzchni wody (grążel żółty, grzybień biały).

RxQhkfGhwV3Ip

Zdjęcie przedstawia pływające liście wiktorii królewskiej. Są one bardzo duże, z wysokim, stojącym prostopadle do powierzchni wody brzegiem. Usytuowane są jeden koło drugiego na powierzchni zbiornika wodnego. W tle inne zielone rośliny.

Higrofity to rośliny porastające siedliska o dużej wilgotności gleby i powietrza występujące np. w dolnych piętrach wilgotnych lasów tropikalnych i w trwale wilgotnych miejscach w innych strefach klimatycznych. Ich system korzeniowy ze względu na łatwą dostępność wody w glebie jest z reguły słabo rozwinięty. Natomiast części nadziemne – cienkie, delikatne, pozbawione grubej warstwy kutikuli – są przystosowane do intensywnej transpiracjitranspiracjatranspiracji, dzięki której odprowadzają nadmiar wody z tkanek.

Nasycone wodą podłoże jest z reguły mało stabilne i pozbawione tlenu. Dlatego niektóre gatunki (np. cypryśnik błotny, gatunki namorzynowe) wykształciły korzenie oddechowekorzenie oddechowe (pneumatofory)korzenie oddechowe, utrzymujące się ponad powierzchnią gruntu, oraz korzenie podporowekorzenie podporowekorzenie podporowe (szkarpowe) stabilizujące roślinę w podłożu (np. figowiec, puchowiec, palma krocząca).

R10R6SQCHzZ2H

Na fotografii cypryśnik błotny, który posiada charakterystyczne korzenie oddechowe, wystające w formie kolumn powyżej powierzchni gleby. W tle woda, a pomiędzy korzeniami zielone liście.

R1XVVtbntHYwi

Na fotografii figowiec posiadający charakterystyczny szary pień złożony jakby z większej ilości zrośniętych ze sobą pni oraz korzenie szkarpowe, czyli podporowe, które pną się po powierzchni ziemi.

Kserofity występują w suchych siedliskach i przystosowały się do niedoboru wody, w różny sposób. U sukulentów występuje gromadzenie wody w zgrubiałych pędach (kaktusy, wilczomlecze) lub liściach (agawy, aloesy, grubosze, rozchodniki), które wypełnia tzw. miękisz wodny. Zmniejszenie strat wody wskutek transpiracji następuje m.in. dzięki wykształceniu cierni (kolców) będących silnie zredukowanymi liśćmi. Cecha ta jest charakterystyczna np. dla kaktusów. Sukulenty mają także płytki i silnie rozgałęziony system korzeniowy, który w okresie opadów pozwala na szybkie pobranie wody z powierzchniowych poziomów gleby.

RcGqpApmyT6RV

Zdjęcie przedstawia pustynię, przez której środek biegnie piaszczysta droga. Po obu jej stronach rosną olbrzymie kaktusy saguaro, czyli karnegie olbrzymie. Są bardzo wysokie, mają kształt zielonej, kolczastej kolumny. Z ich boku wyrastają krótsze odnogi skierowane w górę.

Sklerofity (suchorośla) dostosowały się do niedoboru wody poprzez silne ograniczenie parowania oraz zdolność pobierania wody z głębszych warstw podłoża. Sprzyja temu palowa budowa systemu korzeniowego. Ograniczenie transpiracji jest natomiast możliwe dzięki pokryciu powierzchni łodyg i liści kutikulą, woskami i tzw. kutneremkutnerkutnerem – gęstymi włoskami rozpraszającymi światło i ograniczającymi transpirację. Niektóre z roślin mają połyskliwą powierzchnię odbijającą promienie słoneczne, co także zabezpiecza przed przegrzaniem i nadmiernym parowaniem (mahonia, laurowiśnia, ostrokrzew). W przeciwieństwie do sukulentów nie są przystosowane do gromadzenia wody w okresach, kiedy jest jej pod dostatkiem. Takie cechy ma np. roślinność twardolistna, śródziemnomorska.

RgOhGQxO4TAxK

Zdjęcie przedstawia roślinę o nazwie mikołajek nadmorski. Rośnie w kępie na piasku, z ziemi wyrastają liczne łodygi otoczone koncentrycznie dłoniastymi liśćmi z ostrymi zakończeniami. Liście mają białe brzegi, pośrodku nich wyrastają skupione w kulisty kształt pąki kwiatów.

We florze pustynnej duży udział mają efemerydy, które pojawiają się w okresie opadów. Rośliny jednoroczne niekorzystny okres suszy spędzają w uśpieniu w postaci nasion zagrzebanych w glebie. Po opadach szybko kiełkują, przechodzą pełny cykl rozwojowy i wydają nasiona, które mogą przetrwać kolejny okres suszy. Rośliny wieloletnie (geofity) okres suszy spędzają w postaci ukrytych pod ziemią bulw, cebul, kłączy, z których po deszczu rozwijają się części nadziemne.

RS8De5S6QKTEK

Na fotografii roślinność efemeryczna porastająca pustynię w Arizonie. W tle wysoka, samotna, skalista góra. U podnóża góry pokrywająca pustynię bogata roślinność w kolorze zielonym z bujnym, żółtym kwieciem.

W strefach klimatów suchych z powodu dużego parowania często występują gleby zasolone, charakteryzujące się wysokim stężeniem chlorków, węglanów i siarczanów sodu oraz magnezu. W warunkach tych pojawiają się halofity (słonorośla), do których należą m.in. saksauł, solanka, soliród, tamaryszek i inne. Mogą one rozwijać się dzięki wysokiemu ciśnieniu osmotycznemuciśnienie osmotyczneciśnieniu osmotycznemu płynu komórkowego, gromadzeniu wody w mięsistych organach oraz wydalaniu nadmiaru soli przy pomocy gruczołów wydzielniczych.

R1E74lZwgLqsm

Na fotografii duża kępa solanki kolczystej. Roślina posiada długie łodygi wyrastające z jednego miejsca w ziemi i jasnozielone, drobne listki.

Także epifityepifityepifity wykształciły szereg przystosowań do pobierania wody i składników odżywczych bez kontaktu z podłożem. Mają one m.in.: korzenie powietrzne, na których wykształca się welamenwelamenwelamen służący absorpcji wody z powietrza, zgrubiałe pędy magazynujące wodę i sole mineralne (storczykowate, epifityczne kaktusy), liście pokryte włoskami tarczowatymi albo w kształcie lejka lub rozetki, których funkcją jest gromadzenie i pobieranie wody (paprocie, bromeliowate) i wiele innych.

Rk6IejGCzcHbx

Fotografia przedstawia bromelie rosnące na pniach drzew w wilgotnym lesie równikowym. Są to rośliny z rodziny ananasowatych z długimi liśćmi i charakterystycznymi kwiatami w kształcie czerwonego pióropusza. Wyrastają z pni omszałych drzew. W tle inne rośliny charakterystyczne dla dżungli.

Również zwierzęta wykazują przystosowania do nadmiaru lub niedoboru wody. Polegają one m.in. na umiejętności wykorzystywania alternatywnych źródeł wody, gromadzeniu wody w organach, wykształceniu zachowań obniżających zużycie wody i wielu innych. Zwierzęta żyjące w skrajnie niekorzystnych warunkach pustynnych wykształciły takie zachowania, dzięki którym ograniczają ilość zużywanej wody. Na przykład w ciągu dnia, kiedy temperatura powietrza i gruntu jest największa, przebywają pod ziemią, w norach, gdzie jest większa wilgotność i mniejsza temperatura niż na powierzchni, a zaczynają być aktywne dopiero po zachodzie słońca. Wiele zwierząt wykształciło umiejętność zapadania w ciągu dnia w stan anabiozyanabiozaanabiozy, co pozwala im na zmniejszenie zużycia wody, przy obniżonej aktywności i obniżonym metabolizmie. Niektóre zwierzęta żyjące na pustyni wykazują wyjątkową odporność na brak dostępu do wody pitnej ze względu na możliwość uzyskania wody z innych dostępnych substancji odżywczych, np. składników pokarmowych o dużej zawartości tłuszczu, białka i węglowodanów, z których w wyniku procesów metabolicznych powstaje woda.

Z kolei zwierzęta wodne wykształciły szereg cech pozwalających im na życie w tym środowisku. Do najważniejszych należy zdolność oddychania tlenem rozpuszczonym w wodzie, którą zawdzięczają skrzelom.

R1GIvbR5OgfWK

Fotografia przedstawia żarłacza białego. Rekin jest kształtu podłużnego, z ostro zakończonym pyskiem. Posiada boczne płetwy, charakterystyczną płetwę na grzbiecie, ma duży ogon, szary grzbiet i biały brzuch. Pływa w błękitnej wodzie, obok niego znajduje się mnóstwo innych ryb różnych gatunków.

Istotne jest również przystosowanie mające na celu efektywne poruszanie się w wodzie (opływowy kształt ciała, pokrycie łuskami i śluzem zmniejszającym opór wody, obecność płetw lub błon pławnych i wiele innych). Niektóre z tych cech mają także zwierzęta ziemnolądowe (pokrycie śluzem płazów, błony pławne itp.).

RixxrMgDVFfSa

Fotografia przedstawia bobra kanadyjskiego. Zwierzę stoi na pniu, jest nachylone nad powierzchnią wody, ma zanurzone łapki i mokrą sierść. Bóbr posiada charakterystyczny, długi, płaski ogon i duże łapy połączone miedzy palcami błonami pławnymi.

Słownik