22 marca to Światowy Dzień Wody 2019. Dlaczego woda jest nam niezbędna, by zachować młodość [„KSIĄŻKA O WODZIE”, ALEKSANDRA KARDAŚ]

Aleksandra Kardaś
Większość reakcji chemicznych, na których opiera się funkcjonowanie organizmów żywych - wzrost, rozmnażanie czy produkcja energii potrzebnej do poruszania się lub utrzymania temperatury - zachodzi w roztworach wodnych wypełniających komórki i różne ich części.

Latem 2018 roku w czasopiśmie „Science” ukazała się sensacyjna wiadomość: prowadzone z orbity pomiary radarowe wskazują, że pod powierzchnią jednej z czap lodowych Marsa może znajdować się zbiornik płynnej wody. Wiadomość szybko rozprzestrzeniła się po serwisach informacyjnych i mediach społecznościowych. Dlaczego to stosunkowo niewielkie, odizolowane jezioro wzbudziło takie zainteresowanie? Uważa się, iż obecność wody oznacza, że na Czerwonej Planecie mogło zaistnieć także życie.

Skąd bierze się tak silne przekonanie o związku tych dwóch zjawisk? Na powierzchni Ziemi wszędzie tam, gdzie występuje woda, znajdujemy też mikroorganizmy, a każdy organizm, który znamy, do przetrwania potrzebuje wody.

Jaką pić wodę, by ugasić pragnienie, uzupełnić elektrolity i wspomóc prawidłowy metabolizm? Zobacz, czym wyróżniają się różne rodzaje wody do picia, kiedy są polecane, a kiedy ich unikać.

Co najlepiej nawadnia organizm? Woda mineralna, alkaliczna, ...

Nie jesteśmy jeszcze pewni, w jaki sposób miliardy lat temu życie zawitało na naszą planetę. Prawdopodobnie było to efektem przypadkowego łączenia się pierwiastków takich jak wodór, tlen, węgiel, azot, siarka i fosfor w coraz bardziej skomplikowane molekuły, takie jak białka (związki umożliwiające przetwarzanie materii na energię) oraz RNA, czyli rodzaj instrukcji do klejenia DNA. Unoszenie się takich związków w płynnej wodzie, w której stale zachodzą losowe zawirowania, z pewnością ułatwiało ich oddziaływanie i łączenie tak, że mogły tworzyć coraz dłuższe łańcuchy. Niektóre z nich trafiły do wnętrza białkowo-tłuszczowych otoczek ograniczających przepływ substancji ze środka na zewnątrz i w drugą stronę, dzięki czemu powstać mogły pierwsze komórki, będące podstawowym budulcem żywych organizmów. Możliwe też, że „półprodukty” życia zostały na naszą planetę przyniesione przez komety. W tym przypadku zamarznięta woda stanowiłaby dla nich świetną osłonę w podróży.

Woda jest doskonałym rozpuszczalnikiem, czyli substancją, w której rozpuścić się może wiele innych. Łatwo to zaobserwować w codziennym życiu, choćby myjąc ręce z plam atramentu lub płucząc garnek po barszczu i oglądając, jak kolorowy płyn znika w odpływie umywalki. Tę właściwość woda zawdzięcza swojej strukturze. Rozdzielanie się ładunków dodatniego i ujemnego w obrębie cząsteczki oznacza, że gdy jedna jej część przyciąga jony dodatnie (cząsteczki różnych substancji z „niedoborem” elektronów), druga przyciąga jony ujemne (molekuły z „nadmiarem” elektronów). Dzięki temu cząsteczki wody tworzą wokół jonów substancji rozpuszczanej swoiste otoczki, w rezultacie dokładnie rozdzielając i równomiernie rozprowadzając je w roztworze.

Ta cecha wody oznacza, że może ona skutecznie transportować składniki potrzebne żywym organizmom do pozyskiwania energii i budowy ich ciał. To kolejny sposób, w jaki ułatwia ich powstanie i przetrwanie. Podobnie jak nam ludziom łatwiej jest zdobywać pożywienie, gdy mieszkamy w dzielnicy pełnej sklepów i restauracji, tak bakteria łatwiej natrafi na potrzebne substancje, gdy te będą się unosiły wszędzie wokół niej.

ZOBACZ TEŻ | Jak poprawić jakość wody z kranu?

Źródło:
TVN

Organizmy żywe mają zawsze jakiś rodzaj powłoki, która oddziela je od otoczenia. Aby przetrwać, muszą z jednej strony pobierać ze środowiska składniki odżywcze, a z drugiej - usuwać ze swojego środka odpady, czasem toksyczne. Woda stanowi dla nich nieocenione medium. Jest płynna, a więc jej porcyjki łatwo zmieniają kształt i mogą przeciskać się przez rozmaite kanaliki, niosąc ze sobą także inne substancje. W przypadku istot wodnych tego rodzaju pełen zawirowań ośrodek pomaga także w rozproszeniu wydalin, co jest przydatne zwłaszcza dla organizmów prowadzących osiadły tryb życia.

Błony komórkowe są przepuszczalne dla cząsteczek wody, które mogą dzięki temu swobodnie i stale wnikać oraz wydostawać się z komórek. Niekoniecznie dotyczy to innych związków chemicznych: ich molekuły mogą być przetrzymywane we wnętrzu komórki lub przeciwnie - niedopuszczane do środka. W efekcie stężenie takiego „dyskryminowanego” związku chemicznego po dwóch stronach błony komórkowej może być różne. Dzięki tym okolicznościom powstaje zjawisko osmozy, czyli wędrówki wody przez błony z miejsc, gdzie jej stężenie jest większe, do tych, gdzie jest mniejsze.

Większość reakcji chemicznych, na których opiera się funkcjonowanie organizmów zachodzi w roztworach wodnych

Wyobraźmy sobie komórkę umieszczoną w wodzie, w probówce. Dodajmy do tej wody na przykład solidną dawkę soli kuchennej. Będzie to oznaczało, że w bezpośrednim otoczeniu komórki część miejsca, które dotąd zajmowała woda, teraz zajmują cząsteczki soli. Inaczej mówiąc, stężenie wody w otoczeniu - liczba molekuł lub masa wody przypadająca na jednostkę objętości - spadło. Skoro cząsteczki wody mogą swobodnie przedostawać się przez błonę komórkową, będą robić to dalej, i to w obie strony.

Jednak tych wypływających na zewnątrz będzie więcej niż tych wpływających do środka. Sytuacja potrwa do momentu, kiedy komórka skurczy się na tyle, że stężenia się wyrównają. Niestety, może się okazać, że odwodni się przy tym za bardzo, by móc dalej funkcjonować. W odwrotnej sytuacji - gdy stężenie wody w komórce jest mniejsze niż wokół - przeważa transport wody do wnętrza, co z kolei może w skrajnym przypadku doprowadzić do spuchnięcia i pęknięcia komórki.

Większość reakcji chemicznych, na których opiera się funkcjonowanie organizmów żywych - wzrost, rozmnażanie czy produkcja energii potrzebnej do poruszania się lub utrzymania temperatury - zachodzi w roztworach wodnych wypełniających komórki i różne ich części.

Kiedy komórka w ten czy inny sposób wchodzi w posiadanie porcji energii, musi ją gdzieś umieścić i w jakiś sposób przekazać do miejsca czy procesu, w którym ma być zużyta. Służy do tego specjalny związek chemiczny - adenozyno-5-trifosforan, w skrócie nazwany ATP. Jego charakterystyczną cechą jest „ogonek” składający się z trzech segmentów o podobnej budowie („reszt fosforanowych”). Wszystkie trzy mają ujemny ładunek elektryczny, dlatego utrzymanie ich jedna przy drugiej wymaga sporo energii (w końcu cząstki o jednoimiennym ładunku elektrycznym się odpychają). Wiązania między nimi można więc wykorzystać jako rodzaj akumulatorka - energia z niego zostaje uwolniona, gdy któreś z wiązań zostanie zerwane.

Oczywiście nie pisałabym o ATP, gdyby jego wykorzystanie nie miało jakiegoś związku z wodą. Woda potrzebna jest mianowicie do zerwania wiązania pomiędzy resztami fosforanowymi. Z pomocą odpowiedniego enzymu pomiędzy nią i cząsteczką ATP dochodzi do wymiany: jedna reszta fosforanowa jest wymieniana na jeden atom wodoru z wody (nazywamy to hydrolizą). Uwolniona energia wiązania wykorzystywana jest do podgrzania komórki albo przeprowadzenia innych reakcji chemicznych. Łączenie i oddzielanie reszt fosforanowych od molekuł ATP zachodzi w żyjącej komórce praktycznie cały czas, co oznacza, że również cały czas wykorzystywana jest woda.

Czwarta runda Motointegrator Classicauto Cup odbędzie się 10 września na nowym dla tej serii zawodów obiekcie. Kierowcy zmierzą się ze sobą na Autodromie Jastrząb, na linii startu pojawi się również zespół Toyota Team Classic.Fot. Toyota Team Classic

Toyota. Klasyczne auta powracają na tor

Dwa główne rodzaje procesów, w ramach których organizmy przetwarzają energię, to oddychanie tlenowe i prowadzona przez rośliny fotosynteza. Jak wskazuje sama nazwa, fotosynteza polega na pobieraniu energii w postaci światła (stąd człon „foto”) i syntetyzowaniu związków chemicznych. Energia jest zużywana do rozbicia cząsteczek wody, których w komórce powinno być pod dostatkiem (inaczej czekają ją kłopoty). W rezultacie powstają dwuatomowe cząsteczki tlenu, które uwalniane są do atmosfery (w ten sposób powstało aż 21 proc. powietrza).

Aleksandra Kardaś „Książka o wodzie”, wyd. MG, Warszawa 2019
Aleksandra Kardaś „Książka o wodzie”, wyd. MG, Warszawa 2019

Jednocześnie wolność zyskują atomy wodoru, które łączą się z pobieranym z otoczenia dwutlenkiem węgla, tworząc glukozę, czyli cukier prosty, który może być dalej przetwarzany do postaci skrobi, fruktozy itp. W rzeczywistości proces ten jest wieloetapowy, skomplikowany i można byłoby na jego temat swobodnie napisać książkę.

A po co roślinom glukoza i inne węglowodany? Stanowią one magazyn energii, do którego można sięgnąć podczas oddychania tlenowego. Ten proces da się podsumować jako rozkład substancji odżywczych do postaci dwutlenku węgla i wody, któremu towarzyszy także uwolnienie energii. Podobnie jak fotosynteza, obejmuje on jednak wiele etapów pośrednich, a woda jest nie tylko produktem całego procesu - jest także potrzebna do przeprowadzenia niektórych reakcji w jego trakcie. Organizmy, które nie prowadzą fotosyntezy, muszą pobierać materiał do „spalenia” z zewnątrz, np. pochłaniając inne organizmy.

Pokarm wymaga na ogół wstępnego przetworzenia - tu, podobnie jak przy rozkładzie ATP, przydaje się reakcja hydrolizy. Duża bezwładność cieplna wody - to, że jej podgrzanie lub ochłodzenie wymaga przekazania lub odebrania od niej dużej ilości energii - czyni zbiorniki wodne niezwykle dogodnymi miejscami do życia. Doświadczają one w ciągu dnia czy w ciągu roku dużo mniejszych wahań temperatury niż powierzchnie lądowe, a to znaczy, że żyjące w nich organizmy mogą przerwać, przystosowując się do węższego zakresu temperatur (np. 0-20 stopni w jeziorze zamiast -20 - +35 na lądzie), co jest oczywiście dużo prostsze.

Dołącz do nas na Facebooku!

Publikujemy najciekawsze artykuły, wydarzenia i konkursy. Jesteśmy tam gdzie nasi czytelnicy!

Polub nas na Facebooku!

Dołącz do nas na X!

Codziennie informujemy o ciekawostkach i aktualnych wydarzeniach.

Obserwuj nas na X!

Kontakt z redakcją

Byłeś świadkiem ważnego zdarzenia? Widziałeś coś interesującego? Zrobiłeś ciekawe zdjęcie lub wideo?

Napisz do nas!
Wideo
Wróć na i.pl Portal i.pl