Почему воздух необходим живым организмам

Жизнь на суше невозможно представить без воздуха. Люди и большинство животных получают из него кислород для дыхания, растения используют углекислый газ при фотосинтезе, а атмосфера помогает сохранять условия, в которых на Земле может существовать жидкая вода. Но значение воздуха гораздо шире, чем просто «нам есть чем дышать».

Что живые организмы получают из воздуха

Воздух — смесь газов. Для разных организмов особенно важны разные компоненты. Человеку и большинству животных необходим кислород. Зелёным растениям нужен углекислый газ для фотосинтеза. Азот атмосферы напрямую доступен не всем живым существам, однако благодаря микроорганизмам он включается в природный круговорот и в итоге становится частью белков и других веществ живых клеток.

Кроме химического состава, важна сама атмосфера как среда. Она переносит тепло и влагу, участвует в образовании погоды, защищает поверхность от значительной части опасного солнечного ультрафиолета и помогает поддерживать температурные условия, подходящие для жизни.

Почему человеку нужен кислород

Когда человек делает вдох, воздух проходит через нос или рот, затем по дыхательным путям попадает в лёгкие. В мельчайших структурах лёгких происходит газообмен: кислород переходит в кровь, а углекислый газ из крови — в воздух, который затем выдыхается.

Кровь переносит кислород к клеткам. В клетках он участвует в процессе клеточного дыхания. При этом из питательных веществ высвобождается энергия, необходимая для работы мышц, мозга, сердца и других органов.

Важно различать два значения слова «дыхание». В быту мы часто имеем в виду вдох и выдох. В биологии клеточное дыхание — это химические процессы получения энергии в клетках. Они связаны между собой, но это не одно и то же.

Почему нельзя надолго обойтись без кислорода

Организм человека постоянно расходует энергию, а запас кислорода внутри тела ограничен. Особенно чувствителен к его недостатку головной мозг. Поэтому нормальный газообмен и поступление воздуха жизненно необходимы.

Нельзя проверять это опасными опытами с задержкой дыхания, пакетами или закрытыми ёмкостями. Для школьного доклада достаточно объяснить принцип работы дыхательной системы по учебным схемам.

Животные дышат не одинаково

Не все животные используют воздух так же, как человек. У млекопитающих, птиц и многих пресмыкающихся есть лёгкие. Насекомые получают кислород через систему трахей — тонких трубочек, открывающихся наружу. Дождевые черви способны осуществлять газообмен через влажную поверхность тела.

Рыбы в основном извлекают растворённый кислород из воды жабрами. Этот кислород попадает в воду из атмосферы и образуется при фотосинтезе водных растений, водорослей и микроорганизмов. Получается, что связь между воздухом и водной жизнью тоже очень тесная.

Растения не только выделяют кислород, но и дышат

Иногда говорят: «Растения дают кислород, значит, сами они не дышат». Это неверно. Растения и фотосинтезируют, и осуществляют клеточное дыхание.

Во время фотосинтеза зелёные части растения используют энергию света, воду и углекислый газ для образования органических веществ. При этом выделяется кислород. Упрощённо можно сказать, что растение запасает часть солнечной энергии в химических связях созданных веществ.

Клеточное дыхание происходит у растений постоянно: клетки получают энергию из органических веществ, используя кислород. Поэтому растение нельзя рассматривать как «машину, которая только производит кислород».

Как газы попадают в листья

На поверхности листьев многих растений находятся микроскопические отверстия — устьица. Через них идёт газообмен: внутрь поступает углекислый газ, наружу могут выходить кислород и водяной пар. Устьица способны открываться и закрываться, помогая растению регулировать обмен газов и потерю воды.

Корням тоже нужен кислород для клеточного дыхания. Если почва долго полностью залита водой, воздушные промежутки между её частицами сокращаются. У многих растений корни начинают испытывать недостаток кислорода. Поэтому для комнатных культур важны не только вода и удобрения, но и подходящая, воздухопроницаемая почва.

Углекислый газ связывает воздух и питание растений

Углекислого газа в атмосфере намного меньше, чем азота и кислорода, но его значение для живой природы огромно. Это один из исходных материалов фотосинтеза. Растения, водоросли и некоторые микроорганизмы превращают углерод из углекислого газа в органические вещества.

Затем эти вещества становятся пищей для самих растений и для животных по пищевым цепям. Таким образом, часть углерода из атмосферы оказывается в листьях, плодах, древесине, телах животных и микроорганизмов. При дыхании, разложении и горении углерод снова может возвращаться в атмосферу в составе углекислого газа.

Азот воздуха тоже связан с жизнью

Азота в воздухе больше всего, но большинство растений и животных не могут напрямую использовать молекулярный азот N₂. Здесь помогают некоторые бактерии и другие микроорганизмы. Они участвуют в превращении азота в соединения, которые могут включаться в круговорот веществ.

Растения получают доступные соединения азота главным образом из почвы. Азот нужен им для роста и образования белков. Животные получают его с пищей. После отмирания организмов вещества разлагаются, и азот продолжает перемещаться по экосистеме.

Это хороший пример того, что важность воздуха определяется не только прямым дыханием.

Воздух нужен для опыления

Ветер переносит пыльцу многих растений. Такие растения называют ветроопыляемыми. Обычно они производят большое количество лёгкой пыльцы, которую воздушные потоки могут перенести на другое растение.

К ветроопыляемым относятся многие злаки и деревья. Их цветкам часто не нужны яркие лепестки и сильный запах, которые привлекают насекомых: главную работу по переносу пыльцы выполняет воздух.

Воздух помогает распространять семена и плоды

У некоторых растений плоды или семена имеют приспособления для переноса ветром. У одуванчика семянка снабжена хохолком, создающим большую площадь и замедляющим падение. У клёна плод-крылатка вращается и может уноситься от материнского дерева.

Такое расселение уменьшает конкуренцию между молодыми растениями и помогает виду занимать новые участки. Насколько далеко улетит семя, зависит от его формы, массы, высоты растения и силы воздушных потоков.

Воздух как среда для полёта животных

Птицы, насекомые и летучие мыши используют свойства воздуха для полёта. Форма крыла и движение воздушного потока помогают создавать аэродинамические силы, поддерживающие животное.

Некоторые пауки расселяются, выпуская тонкие нити паутины, которые подхватываются воздушными потоками. Споры грибов, пыльца и мельчайшие живые частицы также способны переноситься воздухом.

Атмосфера помогает сохранять подходящую температуру

Земля получает энергию от Солнца и отдаёт её обратно в космос. Некоторые атмосферные газы поглощают и переизлучают тепловое инфракрасное излучение. Естественный парниковый эффект помогает поддерживать на поверхности температуру, намного более подходящую для жидкой воды и жизни, чем была бы без атмосферы.

Но это не означает, что «чем больше парниковых газов, тем лучше». Избыточное увеличение их концентрации из-за человеческой деятельности усиливает удержание тепла и меняет климат. Для школьного доклада важно различать естественный парниковый эффект и его современное усиление.

Озоновый слой защищает живые клетки

В стратосфере находится область повышенной концентрации озона — озоновый слой. Озон поглощает значительную часть ультрафиолетового излучения Солнца, особенно наиболее опасных диапазонов. Благодаря этому до поверхности доходит меньше излучения, способного повреждать живые клетки.

Атмосфера защищает Землю не одной «плёнкой». Разные газы и слои взаимодействуют с разными видами излучения, а магнитное поле Земли дополнительно помогает защищать планету от заряженных частиц космической среды.

Погода без воздуха была бы невозможна

Облака, дождь, снег, ветер, туман и грозы — атмосферные явления. Они важны для распределения воды и тепла по планете. Ветер переносит влажный и сухой воздух, облака перемещаются, осадки возвращают воду на сушу и в океан.

Живые организмы приспособлены к определённым климатическим и погодным условиям. Изменение температуры, влажности и количества осадков влияет на сроки цветения растений, миграции животных, наличие корма и воды.

Воздух участвует в круговороте воды

С поверхности океанов, рек, озёр и почвы вода испаряется. Растения тоже выделяют водяной пар. Воздушные потоки переносят эту влагу, затем водяной пар может конденсироваться и образовывать облака. Осадки возвращают воду на поверхность.

Без атмосферы не существовало бы привычного круговорота воды с облаками, дождём и снегом. А без постоянного движения воды невозможно представить современные наземные экосистемы.

Воздух в почве

Между частицами почвы есть поры. Часть из них заполнена водой, часть — воздухом. В этих промежутках находятся кислород, углекислый газ и водяной пар. Почвенный воздух нужен корням и множеству организмов, живущих в земле.

Когда почва слишком сильно уплотнена или долго стоит под водой, газообмен ухудшается. Именно поэтому дождевые черви после сильного дождя нередко оказываются на поверхности: условия в насыщенной водой почве меняются, хотя причины их выхода могут быть сложнее одной только нехватки кислорода.

Воздух и газы в воде

В реках, озёрах и морях газы растворяются в воде. Растворённый кислород необходим рыбам и множеству других водных организмов. Его количество зависит от температуры, перемешивания воды, фотосинтеза и разложения органического вещества.

Тёплая вода обычно способна удерживать меньше растворённого кислорода, чем холодная. Если в водоём поступает слишком много органических загрязнений, микроорганизмы при их разложении могут расходовать кислород, и его содержание станет опасно низким для животных.

Почему чистота воздуха важна для здоровья

Основной состав воздуха обеспечивает нормальные условия для дыхания, но примеси могут быть вредными. Дым, мелкие частицы, оксиды азота, приземный озон и другие загрязнители способны раздражать дыхательные пути и отрицательно влиять на здоровье.

Особенно важно проветривать помещения, избегать табачного дыма, соблюдать рекомендации при сильном загрязнении воздуха и поддерживать меры, уменьшающие выбросы. Комнатные растения не заменяют нормальную вентиляцию: для качества воздуха важен достаточный воздухообмен.

Как связаны фотосинтез и дыхание

Реальные биохимические процессы намного сложнее этой таблицы, но она показывает общий обмен между организмами и атмосферой. Именно поэтому лес, луг, океан и атмосфера связаны круговоротом веществ.

Почему лес называют важной частью газообмена, но не «единственными лёгкими планеты»

Леса действительно поглощают углекислый газ при фотосинтезе, накапливают углерод в древесине и почвах и выделяют кислород. Однако глобальный газообмен обеспечивают не только леса. Огромную роль играют океанические водоросли и микроскопический фитопланктон, другие растения, почвы и океан.

Поэтому правильнее говорить, что леса — важнейшие экосистемы и участники круговоротов углерода, воды и кислорода, а не сводить весь газовый баланс Земли к одному образному выражению.

Пять наглядных примеров связи жизни и воздуха

1. Человек получает кислород из воздуха через лёгкие.
2. Растение получает углекислый газ через устьица листьев.
3. Корни многих растений используют кислород из почвенного воздуха.
4. Ветер переносит пыльцу и семена.
5. Атмосфера участвует в круговороте воды, от которого зависят экосистемы.

Краткий план доклада

1. Какие компоненты воздуха нужны живым организмам.
2. Кислород и дыхание человека и животных.
3. Фотосинтез и роль углекислого газа.
4. Азот и природный круговорот веществ.
5. Воздух как среда для опыления, распространения и полёта.
6. Защитная и климатическая роль атмосферы.
7. Почему важно сохранять воздух чистым.

Вывод

Воздух необходим жизни сразу по нескольким причинам. Он даёт кислород для клеточного дыхания, углекислый газ для фотосинтеза и участвует в круговороте азота. Воздушные потоки переносят влагу, пыльцу и семена, а атмосфера создаёт среду для погоды, помогает сохранять тепло и уменьшает воздействие опасного ультрафиолетового излучения. Газы присутствуют не только над поверхностью, но и в почве и воде. Поэтому жизнь и воздушная оболочка Земли образуют тесно связанную систему.