Откуда кактусы берут воду

Почему кактусы не высыхают

Но в жару много воды теряется, и весь запас влаги может просто высохнуть. Вообще транспирация (так называется испарение воды растением) — необычайно важный процесс. Листья, испаряющие влагу, играют роль насоса: они создают всасывающую силу, которая заставляет воду с растворёнными веществами подниматься по корням и сосудам. Однако, если растению выпало жить в условиях постоянной жары и засухи, испарение лучше как-то затормозить. Для этого можно избавиться от листьев, тем самым уменьшив испаряющую поверхность. Кактусы так и сделали: их листья превратились в колючки, а фотосинтетическую функцию листьев взял на себя стебель. Можно усовершенствовать собственную «кожу»: снабдить клетки внешнего слоя (эпидермиса) волосками и толстой восковой кутикулой. Через восковой слой воде труднее пробиться наружу, волоски же ослабляют воздушные потоки непосредственно вблизи поверхности стебля, что тоже уменьшает влагопотерю. Но у кактусов есть ещё одна хитроумная уловка, которая связана с их способом фотосинтеза и которая тоже позволяет сохранять воду, невзирая на постоянную жару и засуху вокруг.

Фотосинтезом называют процесс образования органических веществ из углекислого газа и воды с использованием энергии солнечного света. Сначала энергия светового фотона с помощью сложных светособирающих молекул и молекулярных комплексов, в состав которых входит хлорофилл, сохраняется в специальных химических соединениях (именно на этом этапе нужна вода, из которой в качестве побочного продукта получается кислород), а потом с её помощью клетка синтезирует органические вещества. У фотосинтеза есть довольно интересные разновидности: например, некоторые бактерии способны осуществлять аноксигенный фотосинтез, при котором кислород не образуется. «Обычный» оксигенный фотосинтез присущ растениям, водорослям и цианобактериям.

Итак, растительной клетке, чтобы сделать молекулу глюкозы, нужны свет, вода и углекислый газ. Вода поступает из-под земли через корни и систему сосудов, углекислый газ — из воздуха. Но у растения нет ни рта, ни лёгких, чтобы вдыхать СО₂. Газообмен с окружающей средой осуществляется через устьица — особые поры в поверхности листьев и стеблей, окружённые замыкающими клетками.

Устьица вносят довольно существенный вклад в испарение воды, и в жару их следовало бы держать всё время закрытыми. Но как тогда получать углекислый газ для фотосинтеза? Причём это не единственная проблема, связанная с фотосинтезом в жарком климате. Главнейший фотосинтетический фермент под названием «рибулозобисфосфаткарбоксилаза» (или РуБисКО), задача которого — присоединять углерод из углекислого газа к растущей молекуле сахара, при высокой температуре начинает работать в обратную сторону, то есть расщеплять полусинтезированный сахар. В таком случае клетке приходится возвращаться назад и заново повторять уже сделанную работу, естественно, с лишними тратами энергии. Поэтому эффективность фотосинтеза при повышении температуры сильно падает. Этого можно избежать, если поднять в листе концентрацию СО₂ — тогда фермент при избытке углекислого сырья будет синтезировать углеводы. Но как это сделать?

Кактусы поступают так: они открывают устьица ночью и поглощают углекислый газ, но в производство глюкозы его не запускают — света-то нет. СО₂ откладывается про запас в специальных мембранных пузырьках-вакуолях внутри клетки. Хранится он здесь не в чистом виде, а присоединённым к молекуле-посреднику, которая потом выдерживает ещё несколько превращений. В результате получается яблочная кислота. Но вот наступает день, и яблочная кислота отправляется из вакуоли в цитоплазму, где от неё отщепляется СО₂, — теперь он может вступить в цикл фотосинтетических реакций, работающих от света. Растению уже не нужно открывать устьица, ведь можно использовать углекислый газ, запасённый за ночь, а значит, сильно сэкономить на испарении воды. Кроме того, соотношение СО₂ и О₂ за счёт запасов смещается в пользу первого, следовательно, фотосинтетические ферменты будут работать в сторону присоединения атомов углерода к растущей молекуле сахара, а не расщеплять её кислородом.

Такой тип фотосинтеза, когда фиксация СО₂ и его использование в фотосинтетических реакциях разделены во времени, называется CAM-фотосинтезом. CAM расшифровывается как Crassu-laceae acid metabolism: здесь acid — кислота, в которую превращается запасённый углекислый газ, а Crassula-ceae, или толстянковые, — название семейства растений, у которых впервые обнаружили такой путь метаболизма. Но толстянки и кактусовые не единственные, кто его использует. CAM-фотосинтез нашли у ананаса и других представителей бромелиевых, у некоторых тыквенных, перечных, гераниевых и ряда других семейств, всего примерно у 9000 видов. Обычно это растения, которым приходится жить в жарком и сухом климате. Но не только: CAM-фотосинтез используют также и виды, живущие в воде, например полушники, стрелолисты и некоторые другие. Никакого противоречия тут нет: вод-ным растениям приходится решать ту же проблему, что и тем, которые вынуждены терпеть жару. Хотя в воде может быть довольно много растворённого СО₂, диффундирует он в ней намного медленнее, чем в воздухе, так что рядом с растением, активно поглощающим углекислый газ, его будет хронически не хватать. Выход — собирать СО₂ не только днём, но и ночью, а поскольку ночью фотосинтезировать нельзя, то захваченный углекислый газ нужно запасать. А фотосинтез CAM-типа как раз и позволяет делать «углекислые» запасы.

Напоследок снова вернёмся к жаровыносливым растениям. CAM-механизм позволяет максимально экономить воду, но, если оценивать количество готового продукта и энергию, потраченную на него, он менее эффективен, чем другие виды фотосинтеза. Так что некоторые CAM-виды используют его только по мере необходимости. Но кроме него существует ещё одна разновидность фотосинтеза, позволяющая днём держать бoльшую долю устьиц закрытыми. В этом случае фотосинтетические реакции происходят в глубинных клетках листа, окружающих жилки-сосуды. Клетки, лежащие ближе к поверхности, во-первых, с помощью энергии света производят топливо для синтеза углеводов, во-вторых, ловят углекислый газ и присоединяют его к молекуле-посреднику. Образовавшаяся в результате кислота и энергетические молекулы сразу отправляются в глубь листа, где СО₂ отсоединяется от кислоты-переносчика и вступает в синтетический цикл. Такой путь называется С₄-фотосинтезом, и он, как видим, похож на CAM, только здесь фиксация углекислого газа и его использование в синтезе разделены не во времени, между ночью и днём, а в пространстве, между разными клетками.

Смысл С₄-фотосинтеза в том, чтобы переправить СО₂ во внутренние ткани листа, где концентрация кислорода невелика. Мы помним, что при повышении температуры фермент РуБисКО всё сильнее начинает работать в обратную сторону, то есть расщеплять с помощью кислорода промежуточные продукты фотосинтеза. Но если кислорода мало, фермент будет работать в правильном синтетическом направлении. С другой стороны, С₄-путь позволяет сократить испарения воды через устьица: в самое жаркое время дня растение может использовать накопленный углекислый газ, запасы которого образовались благодаря пространственному разделению разных блоков реакций; сами же устьица на время можно и закрыть. Экономия воды здесь не так велика, как при CAM-способе, но зато продуктивность фотосинтеза получается выше, так что неудивительно, что С₄-схему используют около 7600 видов растений, среди которых множество злаков, в том числе кукуруза, сорго, просо и сахарный тростник.

Источник

Почему кактусы обходятся без воды?

Почему кактусы обходятся без воды?

Любое живое существо, обитающее в пустыне, сталкивается с проблемой нехватки воды. Если оно не сможет решить этой проблемы, ему в пустыне не выжить.

Кактусу также требуется вода, но он приспособился соответствующим образом переживать долгие периоды отсутствия осадков. Растения, произрастающие в обычных условиях, расходуют массу воды. Листья забирают воду из сока растений и затем выделяют ее в воздух.

У кактуса нет листьев, поэтому он не выделяет воды. Его стволы устроены таким образом, что прямые лучи солнца попадают на минимальную их поверхность. Поэтому влага почти не выделяется. Кроме того, сами стволы очень толстые, в них также сохраняется влага. Одновременно стебель покрыт толстым защитным слоем, который также сохраняет воду. Колючки кактуса отпугивают животных, мучимых жаждой и желающих добраться до его влаги. Таким образом, некоторые взрослые кактусы могут обходиться без воды в течение двух лет.

Кактусы регулярно цветут, цветы превращаются в плоды, которые содержат семена. Большинство кактусов имеют очень красивые цветы, и при их цветении пустыня расцветает ярко-желтыми, красными и фиолетовыми красками.

Существует более 1 000 видов кактусов. Их родина – Южная и Центральная Америка, Мексика и юго-запад США. Они очень отличаются друг от друга по размерам. Бывают маленькие, величиной с подушечку для булавок. Их почти не видно у поверхностиземли. Существуют огромные кактусы высотой в 10–20 метров. Такой кактус является символом американского штата Аризона.

Сок, добываемый из стеблей кактусов, используется в медицине и применяется в виде слабоалкогольного напитка местным населением. Из стеблей и плодов кактусов изготовляют конфеты и варенье. Некоторые маленькие кактусы выращивают в домашних условиях. Кактус необходимо поливать летом каждые четыре дня, а зимой -два раза в месяц.

Данный текст является ознакомительным фрагментом.

Продолжение на ЛитРес

Читайте также

Почему льющаяся струйка воды заметно сужается книзу?

Почему льющаяся струйка воды заметно сужается книзу? Данный эффект обусловлен двумя причинами. Первая состоит в наличии сил межмолекулярного взаимодействия в жидкостях, вторая – в том, что свободное падение тел происходит с ускорением. Благодаря силам межмолекулярного

Почему капля воды, упавшая на слабо нагретую сковороду, испаряется почти мгновенно, а на раскаленной сворачивается в шарик и долго бегает по металлу, не меняясь в размерах?

Почему капля воды, упавшая на слабо нагретую сковороду, испаряется почти мгновенно, а на раскаленной сворачивается в шарик и долго бегает по металлу, не меняясь в размерах? Капля воды на очень горячей сковороде «плавает» на слое пара, который служит своеобразной

Кактусы

Кактусы Некоторые думают, что кактусы никогда не цветут (по другой версии, цветут раз в жизни, а потом умирают). Это не так. Кактусы регулярно цветут, цветы превращаются в плоды, которые содержат семена. Большинство кактусов имеет очень красивые цветы, и при их цветении

Почему в пустыне нет воды?

Почему в пустыне нет воды? Что такое пустыня? Пустыня — это такой регион, где возможно существование только особых форм жизни. Во всех пустынях ощущается недостаток влаги, а это значит, что существующие формы жизни должны были приспособиться к тому, чтобы обходиться без

Почему в пустыне нет воды?

Почему в пустыне нет воды? Что такое пустыня? Пустыня – это такой регион, где возможно существование только особых форм жизни. Во всех пустынях ощущается недостаток влаги, а это значит, что существующие формы жизни должны были приспособиться к тому, чтобы обходиться

Почему кактусы обходятся без воды?

Почему кактусы обходятся без воды? Любое живое существо, обитающее в пустыне, сталкивается с проблемой нехватки воды. Если оно не сможет решить этой проблемы, ему в пустыне не выжить.Кактусу также требуется вода, но он приспособился соответствующим образом переживать

Почему стаканы трескаются от горячей воды?

Почему стаканы трескаются от горячей воды? Причина – неравномерное расширение стекла, Горячая вода, налитая в стакан, прогревает его стенки не сразу: сначала нагревается внутренний слой стенок, в то время как наружный не успевает еще нагреться. Нагретый внутренний слой

Почему буревестники могут обходиться без пресной воды?

Почему буревестники могут обходиться без пресной воды? Одна из особенностей буревестников связана с их длительным пребыванием в морской стихии. Во время своих скитаний над океанским простором птицы пьют только соленую воду, поэтому им необходимо избавляться от избытка

Почему верблюды способны долго обходиться без воды?

Почему верблюды способны долго обходиться без воды? Верблюды – единственные млекопитающие, которые могут жить без воды в течение 10–14 дней летом и до двух месяцев зимой (теряя при этом до четверти массы своего тела). Запасают они воду не в горбах, как ранее ошибочно

Почему я чувствую желание помочиться, когда слышу журчание воды?

Почему я чувствую желание помочиться, когда слышу журчание воды? (Спрашивает К. Барри, Нью-Йорк, США)Большинство урологов утверждают, что подобная реакция – условный рефлекс. Люди часто слышат журчание воды в раковине или туалете, когда как раз справляют нужду. Однако

Кактусы

Кактусы Некоторые думают, что кактусы никогда не цветут (по другой версии, цветут раз в жизни, а потом умирают). Это не так. Кактусы регулярно цветут, цветы превращаются в плоды, которые содержат семена. Большинство кактусов имеет очень красивые цветы, и при их цветении

Глава 6 Вырабатываем чувство воды Упражнения для развития силы, гибкости и чувства воды

Глава 6 Вырабатываем чувство воды Упражнения для развития силы, гибкости и чувства воды Вы слишком долго шли по пути наименьшего сопротивления. Я заставлю вас поднапрячься, но, обещаю, вам это понравится! Скоро вы скажете мне спасибо – возможно, не сразу, поначалу ваши

Почему буревестники могут обходиться без пресной воды?

Почему буревестники могут обходиться без пресной воды? Одна из особенностей буревестников связана с их длительным пребыванием в морской стихии. Во время своих скитаний над океанским простором птицы пьют только соленую воду, поэтому им необходимо избавляться от избытка

Почему льющаяся струйка воды заметно сужается книзу?

Почему льющаяся струйка воды заметно сужается книзу? Данный эффект обусловлен двумя причинами. Первая состоит в наличии сил межмолекулярного взаимодействия в жидкостях, вторая – в том, что свободное падение тел происходит с ускорением. Благодаря силам межмолекулярного

Источник

Почему кактусы обходятся без воды? Как растения выживают в пустыне

Любое живое существо, обитающее в пустыне, сталкивается с проблемой нехватки воды. И действительно, если оно не сможет решить этой проблемы, ему в пустыне не выжить.

Кактусу также требуется вода, но он приспособился соответствующим образом переживать долгие периоды отсутствия осадков. Растения, произрастающие в обычных условиях, расходуют массу воды. Листья забирают воду из сока растений и затем выделяют ее в воздух.

Почему кактусы обходятся без воды?

У кактуса нет листьев, поэтому он не выделяет воды. Его стволы устроены таким образом, что прямые лучи солнца попадают на минимальную их поверхность. Поэтому влага почти не выделяется. Кроме того, сами стволы очень толстые, в них также сохраняется влага. Одновременно стебель покрыт толстым защитным слоем, который еще больше предохраняет воду. Колючки кактуса также отпугивают жаждущих животных, желающих добраться до его влаги. Таким образом, некоторые взрослые кактусы могут обходиться без воды в течение двух лет.

Кактусы регулярно цветут, цветы превращаются в плоды, которые содержат семена. Большинство кактусов имеют очень красивые цветы, и при их цветении пустыня приобретает ярко-желтый, красный и фиолетовый оттенок, который придают им соцветия, расположенные на полированных стеблях растений.

Виды и применение кактусов

Существует более 1000 видов кактусов. Их родина — Южная и Центральная Америка, Мексика и юго-запад США. Они очень отличаются друг от друга — от маленького, величиной с подушечку для булавок, который почти не виден у поверхности земли, до огромного кактуса высотой в 10–20 метров. Такой кактус является символом американского штата Аризона.

Сок, добываемый из стеблей кактусов, используется в медицине и применяется в виде слабоалкогольного напитка местным населением. Из стеблей и плодов кактусов изготовляют конфеты и варенье. Некоторые маленькие кактусы выращивают в домашних условиях. При их выращивании в горшках необходим тщательный дренаж. Кактус необходимо поливать летом каждые четыре дня, а зимой — два раза в месяц.

Источник