Раздел 7. ВЫДЕЛЕНИЕ

§29. Значение выделения продуктов обмена веществ

Значение выделения для организмов. Вы уже знаете, что в цито­плазме любой растительной и животной клетки в результате ее жизне­деятельности накапливаются вредные вещества. Клетки получают их из пищи и окружающей среды, а освобождаются — выделяя их через мембрану. В организмах растений отходы накапливаются в вакуолях или хромопластах осенних листьев, от которых они избавляются в ходе листопада (рис. 76).

Если вредные вещества будут долго оставаться в клетках, тканях или органах, произойдет процесс самоотравления. Поэтому организ­мы стремятся поскорее от них избавиться. За это отвечают органы выделения и дыхания у животных и стареющие части и органы у растений.

Органы выделения. У растений нет специальных органов выделе­ния. Эту функцию могут выполнять старые листья или хвоинки, от которых растения избавляются.

У животных все вредные вещества из клеток сбрасываются в меж­клеточную жидкость и кровь. Главным органом выделения, отвечаю­щим за очищение крови от вредных веществ, являются почки. Вспомо­гательную функцию выполняет кожа. Часть вредных веществ, перед тем как удалиться ночками, должна преобразоваться в печени. Про­дукты газообмена выводятся из организма в процессе дыхания.

Конечные продукты обмена веществ у животных. Энергию животные получают в процессе разложения белков, жиров и углеводов пищи под действием кислорода в ходе дыхания. Жиры и углеводы состоят из трех элементов: углерода, кислорода и водорода. Поэтому при их разложении (соединении с кислородом) образуются углекислый газ и вода, которые состоят из тех же трех элементов (углерод, кислород, водород).

А в состав белков обязательно входит азот. Поэтому при полном разложении белков образуются конечные (вредные) вещества, содер­жащие азот: аммиак, мочевина и мочевая кислота. У разных групп животных образуется либо одно из этих трех веществ, либо все три, но преобладает какое-то одно. Для человека и других млекопитаю­щих основным азотсодержащим веществом является мочевина.

Углекислый газ выводится у животных через органы дыхания (легкие или жабры), а у растений — через устьица листьев. Вода и со­держащие азот вредные вещества, а также избыток солей выводятся через органы выделения (почки) — с мочой и через кожу — с потом. Роль печени в этих химических реакциях — сделать вредные вещества менее ядовитыми и доступными для удаления через почки.

Знание и понимание:

1. Каково значение выделения для организма?
2. Откуда берутся вредные вещества в организме?

Применение:

1. Объясните, как и почему связаны процессы дыхания, выделения и получения энергии.
2. Попробуйте рассказать о значении разных органов животных, уча­ствующих в процессах избавления от вредных веществ.

Анализ:

1. Проанализируйте процессы выделения у растений и животных. Вы­явите, чем они схожи и чем отличаются.
2. Объясните, из каких потребляемых организмом веществ какие про­дукты выделения образуются. Как они удаляются?

Синтез:

1. Составьте схему поступления, преобразования и выделения веществ, обозначив живой организм как овал или круг, а окружающую приро­ду — как пространство вокруг него. Внутри фигуры укажите, в каких органах происходят те или иные процессы.
2. Объясните суть процессов обмена веществ между организмом и окру­жающей средой.

§30. Особенности выделения у растений

Конечные продукты обмена веществ у растении. В организме рас­тений происходят два важнейших процесса: дыхание и фотосинтез. Вещества, которые образуются в ходе дыхания, расходуются в ходе фотосинтеза, и наоборот (схема 8).

В целом эти два процесса выглядят как обратимые химические реакции. Но на самом деле эго не так. Фотосинтез не является «ды­ханием наоборот» хотя бы потому, что для него необходима энергия света. И происходят эти два процесса в совершенно самостоятельных органоидах клеток. Фотосинтез, например, — в хлоропластах.

Процессы дыхания и фотосинтеза объединяет то, что энергия све­та, запасенная растениями в виде органических веществ в ходе фото­синтеза, освобождается и используется растениями в ходе дыхания.

Как бы растения ни старались, энергия для их жизненных процессов может извлекаться только из органических веществ. Она не может быть полу чена напрямую из света. Приведем некоторую аналогию. Всем известно, что уголь дает энергию. Но когда он лежит в виде пластов или расфасован в меш­ках, он не способен дать энергию. Если его поджечь, то образуется тепловая энергия, которой можно отапливать жилища. А электрическую энергию из природного угля можно получить только на специальных теплоэлектростан­циях. Также и из энергии света растения извлекают энергию, которая мо­жет превратиться в белки, жиры и углеводы. А уже из этих органических веществ в ходе дыхания извлекается энергия для жизни.

Начальные и конечные продукты фотосинтеза. Начальными про дуктами фотосинтеза являются кислород и водород, образовавшиеся при разложении воды, и энергия, которая образуется при взаимодей­ствии света с хлорофиллом.

Конечным продуктом фотосинтеза является глюкоза — первич­ный углевод. Из глюкозы растения в дальнейшем строят другие орга­нические вещества. Но это уже не является процессом фотосинтеза, а скорее реакциями биосинтеза — создания необходимых веществ вну­три живого.

Из начальных продуктов фотосинтеза растениями почти не использует­ся только кислород. Он выделяется в атмосферу, что и делает возможным аэробное дыхание. Водород соединяется с углекислым газом атмосферы, и образуется коночный продукт — глюкоза. А на обеспечение этих реакций тратится энергии, образовавшаяся при взаимодействии света с хлорофиллом.

Начальные и конечные продукты дыхания. Нанальными продук­тами дыхания можно считать результаты аэробного разложения ор­ганических веществ. Эти вещества могут быть очень разнообразными. Так, в клетках работающих мышц животных и человека образуется молочная кислота. В дальнейшем она будет разлагаться под действи­ем кислорода.

У спортсменов скоростных видов (бег. лыжи, плавание, велоспорт и т. д.) количество молочной кислоты — показатель энергетической выносливости организма. Чем ниже уровень молочной кислоты, тем лучше дыхательная и кровеносная системы справляются с обеспечением клеток кислородом.

У многих микроорганизмов промежуточными продуктами могут быть уксусная кислота, спирт и т. д. У растительных клеток промежу­точным продуктом дыхания часто является пировиноградная кислота (пируват). В клетках растений и животных эта кислота может превра­щаться в молочную. Но именно в клетках активно работающих мышц она накапливается.

Обязательными конечными продуктами дыхания у всех организ­мов являются води и углекислый газ. По если кислородному разло­жению подвергались только белки, тогда образуются еще и азотсо­держащие соединения. Они в свою очередь преобразуются печенью и выводятся из организма почками.

Выделительные ткани растений. Хотя у растений нет выделитель­ных органов, у них есть выделительные ткани и различные выдели­тельные структуры: млечники, смоляные ходы, нектарники и т. д. Их назначение разнообразно. Так, некоторые растения выделяют горькие или сильно пахнущие вещества, чтобы их не поедали травоядные жи­вотные и насекомые. Другие растения, наоборот, выделяют вещества с приятным вкусом и запахом, чтобы привлечь насекомых-опылителей. Третьи растения образуют вещества, которые могут сохраняться про запас.

Млечные трубки, или млечники, — это клетки растительных тканей, вы­деляющие млечный сок. Он содержит вещества, которые по виду и структуре напоминают молоко животных. Но иногда он окрашен. Например, у чистоте­ла млечный сок ярко-оранжевого цвета.

Млечный сок растений содержит множество разнообразных веществ. На­пример. молочко одуванчиков имеет горький вкус. Оно спасает растения от поедания животными. Млечный сок гевеи и некоторых других тропиче­ских растений используется для изготовления латекса, каучука, гуттаперчи. К каучуконосам относятся и казахстанские растения тау-сагыз, кок-сагыз, крым-сагыз. Загустевший млечный сок опийного мака используется для из­готовления обезболивающих медицинских препаратов и наркотиков. Млеч­ный сок чистотела тоже применяется в медицине.

Еще один вид выделительной ткани растений смоляные ходы. Они пред­ставляют собой трубчатые межклетни­ки. в которых накапливаются смолы. Распалагаютея они в стволах деревьев, коре, корнях и листьях. Смолы состо­ят в основном из смоляных кислот, их эфиров и спиртов и т. д. Половина смолоносных растений распространена в тропиках. В условиях нашего клима­та важное значение имеют растения из семейства сосновых: пихта, сосна, лиственница.

Функции смолы связаны с защитой растений от поедания животными, зара­жения паразитическими грибами и т. д.

Раньше смолы массово применялись при изготовлении клеев, лаков, красок и многих других изделий. Сейчас их активно заменяют синтетическими по­лимерами. Свое значение сохранили в основном канифоль в янтарь.

Часто совместно с природными смолами образуются эфирные масла. Эти пахучие вещества вырабатываются эфиромасличными растениями. Ими бо­гата кожура цитрусовых (рис. 77), кора эвкалиптов, листья лавра и другие тропические и субтропические растения. В наших условиях культивируются кориандр (кинза), мята, чабрец, шалфей, розмарин, анис и др. Ученые полага­ют. что одни эфирные масла помогают растениям отпугивать животных, дру­гие привлекать их. Но до конца их роль для самих растений не выяснена.

Эфирные масла используются человеком в фармакологии, парфюмерии, кулинарии и т. д. Высоко ценятся розовое, жасминное, анисовое, укропное, мятное, эвкалиптовое, цитрусовое и другие масла.

Нектарники выделяют нектар для привлечения насекомых-опылителей. Располагаются они чаще в цветках.

Знание и понимание:

1. Вспомните органоиды, в которых происходят дыхание и фотосинтез.
2. Какие вещества поглощаются и выделяются в процессе дыхания и фотосинтеза?

Применение:

1. Объясните, какое значение для растений имеют начальные и конеч­ные продукты фотосинтеза.
2. Охарактеризуйте, какое значение для растений имеют начальные и конечные продукты дыхания.

Анализ:

1. В виде схемы изобразите процесс образования и выделения веществ из организма растений.
2. Определите функциональные отличия между выделительными тканя­ми у растений и выделительными органами у животных.

Синтез:

1. Как вы думаете, почему говорят: «Растения являются фабрикой кис­лорода»?
2. Какое значение имеют выделительные ткани для растений? Что про­изошло бы, если бы они не сформировались? Выли бы последствия этого сравнимы с отсутствием выделительных органов у животных?

Оценка:

Перед крупными соревнованиями, во время серьезных тренировок у спортсменов берут кровь на анализ, чтобы выявить количество молочной кислоты. Оцените, для чего это делается. Как вы считаете, оправдана ли такая система прогноза спортивных результатов? Приведите аргументы «за» и «против».

№8. Исследование особенностей выделения у растении на примере про­ростков. См. с. 239.