书城科普读物地球上的水资源
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第21章 生物水

水是生命的摇篮。自从生命在地球上诞生之日起,生命就始终在水的伴随下存在。在今天的地球上,几乎哪里有水存在,哪里就有生物。

生物水,顾名思义是指生物体内的水。生物水是地球上所有水体中水量最少的水体,但它却是所有水体中最活跃的水体,更换周期最短。只有几个小时,生命有机体的水就更换一次。

尽管各种生命体内含水量的百分比不同,但水都是生命体的主要组成成分,是一切生物共同的物质基础。

一般说来,水生生物和生命活动旺盛的细胞,含水率较高;陆地生物和生命活动不活跃的细胞,含水率较低。例如,水母体内,水的含量高达97%;在人的胎儿脑里,水的含量也高达91%;而在硬骨组织里,水的含量就只有20%~25%;在长时间休眠的种子和孢子里,水的含量甚至不到10%。

据测算,地球生物圈内,生命物质的总质量约为14000亿吨,平均按80%的含水率推算,生物水的质量约为11200亿吨。

地球上的生物,除了病毒之外,所有的生物体都是由细胞构成的。细胞不仅是生物体的结构单位,而且是生物体进行一切生命活动的基本单位。水是构成细胞的各种物质中含量最多的,大约占细胞鲜重的80%~90%。

水在细胞中有两种存在形式:一部分水与细胞内的其他物质相结合,是构成细胞的重要组成,这部分水大约占细胞内全部水分的4.5%,被称为结合水;另一部分,也是绝大部分水是以游离的形式存在于细胞之中,由于这部分水可以自由流动,所以称为自由水。自由水是细胞内的良好溶剂,许多物质都是溶于自由水中,这样通过自由水在生物体内流动,就把营养物质运送到生物体内各个部分的细胞之中,同时也把生物体内各个部分的细胞在新陈代谢中产生的废物,运送到排泄器官或直接排出体外。总之,生物体一切生命活动的重要生化反应都是在水环境中进行的,离开水,生物的生命活动必将停止,生物也就不能存在。

活的生物体都时时刻刻地与周围环境进行着物质和能量的交换,这个在活细胞中全部有序的化学变化过程叫做新陈代谢。新陈代谢是生物与非生物最基本最显著的本质区别。生物只有在新陈代谢的基础上,才表现出生长、发育、遗传和变异等基本特征。新陈代谢一旦停止,生命也就结束了。在新陈代谢的合成和分解两个过程中,水不仅是重要的参与物质,而且起着无可替代的运载作用,因为在通常情况下是液态,又有很好的溶解性,并且在溶解溶质后其自身的化学性质却显得十分稳定,因而能被生物体多次利用的物质非水莫属,也就是说唯有水才可以当此“大任”。

绿色植物的叶绿体利用光能,把水和二氧化碳转变为有机物(主要是淀粉),把光能转变成为贮藏在有机体内的能量,并释放出氧气,这个过程称为光合作用。光合作用是绿色植物新陈代谢的最显著特征,是植物最重要的生理功能。

在光合作用的过程中,发生了物质和能量的两种转化:一是把水和二氧化碳等无机物转变成淀粉等有机物的物质转化,这是自然界中一切生物的食物来源;另一种是把人类不能直接利用的太阳能转变成贮藏在有机物(如淀粉)中的能量转化,这是自然界中一切生物的能量来源。

绿色植物的光和作用消耗大气中的二氧化碳而释放出氧,而这氧正是来自于水(H2O),这不仅改芟了地球原始大气的成分,而且使亿万年至今大气中的氧和二氧化碳保持相对的稳定,创造着适合人类和各种生物生存的大气环境。

总之,绿色植物的光合作用是人类赖以生活的基础,是地球上生物进化发展的最重要里程碑,而水是光合作甩不可缺少的物质。可以说,没有光合作用,地球上就不可能出现高级动物,也就不会有人类。

水分代谢是绿色植物新陈代谢的主要内容,是靠蒸腾作用完成的。植物体不断地把体内的水分以气体的形式散失到大气中,这种生理过程叫做蒸腾作用。植物的叶是蒸腾的主要器官。

植物吸收(主要靠根部)到体内的水分,只有1%左右,保留在体内,参与光合作用和其他的代谢过程,而99%的水分经过蒸腾作用而散失。

植物的蒸腾作用是非常重要的。

首先蒸腾作用所产生的拉力是植物吸收水分和促进水分在体内运输矿物养料的主要动力。

其次由于蒸腾作用,水分散失到大气的过程中,水变成水蒸气吸收了大量的热,也就降低了植物体和叶面的温度,使其免遭强烈阳光照射而造成的灼伤,从而保证了植物呼吸作用的正常进行。

再次植物的蒸腾作用把植物体内的水分散发到大气之中,提高了大气的湿度,增加了降水;同时由于在蒸腾过程中吸收了大量热量,降低了空气温度,所以,炎热的夏天在树林里会备感凉爽。

动物,特别是高级动物,主要是靠消化系统吸入和排泄水分,还可以经过皮肤和呼吸系统散失水分。人是热血恒温生物,人受热会通过出汗来散热,以此来调控体温。同时,通过自身的调节减少排尿量。汗水是咸的,这说明随汗水的大量排出,人体内的盐分也会大量流失。这时人就要不断补充含盐的水,以维持体内水和无机盐的平衡。人呼出的气里也含有很多水分,这在寒冷的冬季室外最明显,呼出的气形成白色的“雾霭”,就是由于呼出的气中的水分遇冷后凝结成小水珠或小冰晶飘浮在空气中的缘故。

绿色植物主要靠根吸收水分,根部吸收水分最活跃的部位是根毛区,其细胞内含有大量亲水性物质——纤维素、淀粉和蛋白质等,靠吸胀作用,从外界吸收大量水分。成熟细胞有液泡和细胞膜,靠渗透作用吸收水分。

渗透吸收是液泡中的细胞液通过原生质层与外界环境的溶液发生渗透作用而得失水分。当细胞液浓度大于外界溶液浓度时,细胞通过渗透作用而吸水;反之,当细胞浓度小于外界溶液浓度时,细胞通过渗透作用而失水。