ابحاث عن الماء

 

مقدمة

للماء اهمية خاصة تختلف عن باقي العوامل اللا احيائية. الماء هو احد المواد الاكثر انتشارا على سطح الكرة الارضية. حيث ان ثلاثة ارباع سطحها مغطي بالماء. تنبع اهمية الماء للكائن الحي اولا، من كونه مركبا مهما في جسم كل الكائنات الحية. حوالي ثلثي وزن جسمنا مكون من الماء، ولا يمكننا العيش زمنا “طويلا” بدون الماء. البيئة الداخلية للخلايا هي بالاساس بيئة مائية، والماء ضروري لتنفيذ العمليات البيوكيميائية التي تحدث داخلها. عدا ذلك يساعد الماء في نقل المواد الذائبة داخل الخلية ومن مكان الى اخر في الجسم. واضح مما قيل حتى الان ان نقص الماء يمكن ان يؤدي الى الضيق وحتى الموت. في المناطق القاحلة يمكن ايجاد ملاءمات مختلفة للحياة في بيئة فيها نقص بالماء. امثلة على ذلك ستعرض فيما بعد. وحتى الزراعة التي تزود الانسان بمعظم غذائه، غير ممكنة بدون كميات كبيرة من الماء.
المياه هي ايضا بيئة حياتية خاصة وفريدة في نوعها. يعتقد الباحثون في علم التطور ان الخلايا الحية الاولى تطورت في مياه المحيطات القديمة. اشكال الحياة في الماء متنوعة جدا، وفي هذا الفصل سنتعرف على امثلة من الملاءمات الخاصة للحياة في الماء.

الصفات الخاصة للماء
اهمية الماء الكبيرة لحياة الكائنات الحية نابعة من صفاته الخاصة
وهي:

1. جزيئات الماء هي جزيئات قطبية

كل جزئ ماء مكون من ناحية كيميائية من ذرتي هيدروجين وذرة واحدة من الاكسجين. (تخطيط ب1 1). الكيميائيون الذين فحصوا مبنى جزيء الماء توصلوا الى استنتاج ان شكله هو كما يلي.

تخطيط ب1 1: معادلة وتخطيط لجزيئ الماء

من التخطيط ب1 1 يمكن ان نرى ان جزيء الماء قطبي، لانه كما في المغناطيس، القطب الذي تتواجد فيه ذرات الهيدروجين ذو شحنة كهربائية موجبة، والقطب الذي يتواجد فيه الاكسجين يحمل شحنة كهربائية سالبة.

التقطب يؤدي الى:
1. جزيئات الماء تجذب الواحدة الاخرى.
2. جزيئات ماء تنجذب لجزيئات اخرى.

يتبين ان قسما كبيرا من الصفات الخاصة بالماء قابلة للتفسير على اساس صفة التقطب عند جزيئ الماء. مثلا: مواد عديدة تذوب في الماء، وينبع هذا الشيء من ان جزيئات مواد مختلفة قطبية ايضا، تنجذب لجزيئات الماء وهكذا تذوب داخلها.

مثل اخر: جزيئات الماء القطبية تنجذب لبعضها البعض بقوة وهكذا تكون على وجه الماء سطحا قويا

2. يساعد الماء في المحافظة على درجة الحرارة.

انت تعرف بالطبع ان معظم الكائنات الحية لا تستطيع العيش في درجات حرارة منخفضة جدا او درجات حرارة مرتفعة جدا . للماء وظيفة مهمة في المحافظة على درجة الحرارة في البيئة المائية بحيرات وبحار وفي الكائنات الحية.
يستطيع الماء استيعاب طاقة حرارية كثيرة بدون ان ترتفع درجة حرارته بشكل كبير. والعكس يمكن للماء ان يفقد طاقة كثيرة بدون ان يبرد بشكل حاد. وبسبب ذلك، لا تتغير درجة حرارة اجسام مائية كبيرة، مثل المحيطات، البحار والبحيرات الكبيرة، تغيرا “حاد” بالمقارنة مع درجة حرارة الهواء الذي حولها.

فكروا!
لماذا يكون الفارق في درجات الحرارة بين الليل والنهار في منطقة الشاطئ اقل بكثير من الفارق في مناطق البلاد الداخلية؟

الحرارة النوعية وحرارة التبخر
الحرارة النوعية هي احدى صفات المادة. وهي كمية الطاقة التي يجب بذلها لرفع درجة حرارة 1غم مادة درجة حرارة واحدة (مئوية). الحرارة النوعية للماء هي 4, 20جول/غم/1 درجة مئوية، وللمقارنة، الحرارة النوعية للبترول هي 2, 25 جول/غم/1 درجة مئوية. اي لتسخين 1غم ماء بدرجة مئوية واحدة يجب بذل طاقة اكثر من تسخين 1غم بترول.
حرارة تبخر الماء ايضا كبيرة جدا: لتحويل 1غم من الماء السائل بدرجة حرارة 100مئوية الى غاز (بخار) يجب بذل 536 سعر حراري. لو تذكرنا ما هو التعريف ل “السعر الحراري” (كمية الطاقة اللازمة لرفع درجة حرارة 1غم ماء درجة مئوية واحدة) سنفهم ان الطاقة اللازمة لتبخير 1غم ماء كافية لتسخين 536 غم ماء درجة مئوية واحدة!
ان كون كمية الطاقة اللازمة لتبخير الماء كبيرة يفسر كيف يبرد العرق الجسم. يستهلك تبخر العرق طاقة كبيرة مصدرها الجسم، وهكذا يبرد الجسم.

3. يتمدد الماء عند التجمد

صفة اخرى مثيرة للاهتمام عند الماء هي التغير في الحجم عند التجمد. وعلى عكس مواد اخرى، للماء في الوضع الصلب ثلج حجم اكبر، او للدقة، كتلة نوعية اصغر من تلك التي للماء في وضع سائل. لهذه الصفة علاقة بظاهرة مهمة تحدث في بحيرات المناطق الباردة في فصل الشتاء. طبقة الجليد، الخفيفة تطفو على سطح ماء البحيرة. تعزل الماء الذي تحتها وتمنع تجمدها. وهكذا يمكن للحياة ان تستمر حتى في فصل الشتاء البارد.

نلخص الصفات المهمة للماء ومفهومها لحياة الكائنات الحية:
1. تزيد قطبية الجزيء قدرة الماء في اذابة المواد وهكذا تساعد
في نقلها.
2. للماء حرارة نوعية عالية وحرارة تبخر عالية. تؤدي هذه
الصفات الى محافظة الماء على درجة حرارة ثابتة نسبيا لدرجة
حرارة الهواء في محيطها ونتيجة لذلك يبرد تبخر العرق الجسم.
3. الكتلة النوعية للجليد اصغر من تلك التي للماء ولذا فهو يطفو
على سطح الماء. يمنع غطاء جليدي على سطح الماء تجمد مياه
البحيرات ويمكن من وجود حياة في البحيرات حتى في فصل
الشتاء.

اهمية الماء لحياة الكائن الحي

الماء مهم لحياة الكائنات الحية في كل مستويات التنظيم، ابتداء بالخلية وانتهاءا بالجهاز البيئي.

n الماء في الخلية

تحتوي خلايا الكائن الحي على نسبة عالية من الماء، 80% 90% تقريبا. الخلية هي، في الحقيقة، بيئة مائية تحدث فيها العمليات التالية: بناء مواد، تحليل، مواد، انتاج طاقة، نقل مواد وغير ذلك.
يستعمل الماء في العمليات البيوكيميائية كمادة متفاعلة وكناتج، مثلا:
في عملية التركيب الضوئي يتحلل جزيئ الماء ويرتبط الهيدروجين بثاني اكسيد الكربون لانتاج السكر.
عند تحليل النشا لجزيئات صغيرة يشترك الماء كمادة متفاعلة في العملية.
ينتج الماء في عملية التنفس الخلوي (ماء ايض) ويشكل مصدر ماء مهم لحيوانات صحراوية.

الماء في حياة الكائن الحي

للماء عدة وظائف مهمة في حياة الكائن الحي:

1. نقل مواد مذابة
تساعد قدرة الماء على اذابة مواد في نقل مواد مذابة من مكان الى اخر داخل الخلية نفسها وايضا بين اقسام الكائن الحي العديد الخلايا المختلفة.

في الكائنات الحية عديدة الخلايا الكبيرة والمتطورة تنقل مواد من مكان الى اخر بواسطة اجهزة نقل. جهاز الدم هو نموذج لجهاز نقل كهذا، فيه ينقل اكسجين، مضادات، نواتج الهضم ومواد افراز مذابة.

سؤال
من اين والى اين ينقل الاكسجين، نواتج الهضم، ومواد الافراز عند الانسان؟

عند النباتات تنقل املاح مذابة من التربة وبواسطة الاوعية الخشبية الى كل اقسام النبتة حتى قمم الاشجار. تنقل نواتج التركيب الضوئي المذابة في الماء، من الاوراق الى كل اقسام النبات بالاساس بواسطة انابيب اللحاء.

2. تنقل خلايا التكاثر بواسطة الماء.

توجد كائنات حية تعيش على اليابسة، وعلى الرغم من ذلك فانها متعلقة بالماء لتكاثرها. مثلا: خلايا تكاثر (جاميتات) ذكرية عند الحزازيات والسرخسيات، وهي نباتات يابسة بسيطة، يمكنها الوصول الى المبيض واخصاب البويضات داخله فقط بواسطة الماء، بالرغم من ان النبات نفسه لا يعيش في الماء.
مثلا اخر هو الضفدع وبرمائيات اخرى. يضع الضفدع بيوضه في الماء، والخلايا الذكرية تفرز في الماء ايضا. يتم الاخصاب في الماء، والدعموص الصغير الذي يتطور من البويضة المخصبة يقضي الفترة الاولى من حياته في الماء. بالرغم من ان الضفدعة البالغة قادرة على الحياة على اليابسة، فانها متعلقة بالبيئة المائية من اجل تكاثرها.

3. المحافظة على انتصاب النباتات غير الخشبية (عشبية)
لا يوجد مواد خشبية في اجسام النباتات الصغيرة والنباتات الحولية، انتصاب النبات وشكل الورقة يكون فقط بفضل الماء الذي يملا الفجوة العصارية التي تحتل قسما كبيرا من حجم الخلية. ويسهل علينا ملاحظة اهمية الماء للمحافظة على انتصاب النبتة، عندما ننظر الى نباتات لم تسق انها منكشمة وذابلة، اسقاؤها يعيد لها شكلها المنتصب. هذه المشكلة غير موجودة في اشجار معظم اقسامها صلبة وخشبية وحتى في حال نقص الماء فانها تبقى منتصبة. النقص بالماء في الاشجار يظهر واضحا، اذا، بالاساس في الاوراق والاغصان الصغيرة.

الماء كبيت تنمية

تشكل المياه في المحيطات، البحيرات والاودية بيت التنمية لكائنات حية مختلفة خلال كل فترة حياتها.
الماء هو بيت تنمية مريح جدا لانه:
1. لا يوجد خطر جفاف للخلايا.
2. لا يوجد تغييرات متطرفة في درجة الحرارة بين الليل والنهار وبين فصول السنة.
3. توجد مواد مذابة ضرورية لحياة الكائنات الحية في الماء.
4. يوجد دعم كاف للكائن الحي الذي يعيش فيه، ويمكن ان تعيش في الماء كائنات حية ليس لها هيكل عظمي داخلي او خارجي، مثل الهيدرا او الميدوزا.
5. يوجد تيارات مائية تسهل حركة الجاميتات (خلايا التكاثر) والكائنات الحية، ويمكنها الانجراف من مكان الى اخر بدون بذل طاقة كبيرة.

¨ الملاءمات للحياة في الماء

صحيح ان الماء هو بيت تنمية مريح، لكن الكائن الحي الذي يعيش في الماء يضطر الى مواجهة مشاكل خاصة مثل:
تركيز منخفض للاكسجين المذاب.
انتشار كبير للماء والاملاح بين الكائن الحي والبيئة.
مواجهة هذه المشاكل ادت خلال عملية التطور، الى تطور ملاءمات لحياة الماء. اليك بعض الامثلة.

1. ملاءمة اعضاء التنفس لتركيز الاكسجين في الماء
يذوب الاكسجين في الماء بنسبة قليلة: في كل 1لتر ماء يذوب فقط 6 مللتر اكسجين (0.6% من حجم المحلول) بالمقارنة مع تركيز الاكسجين في الهواء والذي يساوي تقريبا 20% (اكبر ب 30 مرة من الماء). ذائبية الاكسجين في الماء تقل مع الارتفاع في درجة الحرارة. مبنى الخياشيم في الاسماك ملائم لنقل كميات كبيرة من الماء على سطح اوعية الدم في الخياشيم، وهكذا يستوعب الاكسجين بنسبة كبيرة .

سؤال
ا. على اي مبدا يعتمد مبنى الخياشيم.؟ كيف يلائم هذا المبنى الحياة في ماء نسبة الاكسجين فيه منخفضة؟
ب. اعطوا امثلة اخرى تعتمد على نفس المبدا، في اعضاء اخرى.

2. افراز فائض الماء في كائنات حية تعيش في مياه عذبة
في الكائنات الحية التي تعيش في مياه عذبة (ماء تركيز الاملاح فيها منخفض) تحدث اسموزا للماء من البيئة الخارجية الى داخل الكائن الحي.

تذكر:
الاسموزا هي ظاهرة حركة الماء (مذيب) عن طريق غشاء شبه نفاذ، حسب منحدر تركيز الماء وتركيز المذابات فيه.

كيف يحدث هذا الامر؟
تركيز الاملاح داخل الكائن الحي اعلى من تركيز الاملاح في المحيط المائي، ولذا ينتقل الماء من المحيط الخارجي الى داخل الكائن الحي. تحدث هذه الظاهرة في كائن حي وحيد الخلية. مثل البراميسيوم، وايضا في كائنات حية عديدة الخلايا، مثل سرطانات، رخويات واسماك على انواعها المختلفة.

كيف تواجه الكائنات الحية فائض الماء؟
في كائنات حية مختلفة تطورت اليات واعضاء لمواجهة فائض الماء. للبراميسيوم وحيدة الخلية التي تعيش في مياه عذبة، يدخل ماء بسبب منحدر التراكيز. يتم ابعاد فائض الماء بواسطة الفراغ المنقبض الذي يمتلئ من مرة الى اخرى ويفرغ باستمرار.

عمل
ادخلت اعداد من البراميسيوم الى محاليل ذوات تراكيز املاح مختلفة. وفي المشاهدات التي اجريت على البراميسيوم هذه من خلال الميكروسكوب قاسوا الزمن الذي حدث فيه خمس انكماشات للفراغ المنقبض. كل قياس نفذ 3 مرات. والنتائج معروضة في الجدول.

معدل زمن خمس انقباضات للفراغ المنقبض

في البراميسيوم بتراكيز ملح مختلفة

1. خططوا منحنى لمتوسط الزمن مقابل التركيز.
2. ماذا يمكن ان نستنتج بالنسبة للعلاقة بين تركيز المحلول الذي تتواجد فيه البراميسيوم والزمن الذي تحدث خلاله 5 انقباضات؟ فسروا.
3. ماذا سيحدث، حسب رايكم، لو ادخلنا البراميسيوم لتراكيز ملح اعلى من تلك التي استعملت في التجربة؟ فسروا.

يوجد في الكائنات الحية عديدة الخلايا اجهزة افراز وظيفتها ابعاد فائض الماء. ومع الماء الفائض تبعد ايضا مواد افراز مختلفة مذابة فيها. الكلى في الحيوانات الفقرية هي قسم من جهاز الافراز الذي يساعد في ابعاد فائض الماء. لكن في نفس الوقت في المحافظة عليه في حالة النقص بالماء. الكلى، اذا هي عضو اتزان بدني ينظم كمية الماء والاملاح في الجسم.

3. افراز فائض الاملاح في بيت تنمية مائي مالح.
في بيوت التنمية المائية لكن المالحة، مثل المحيطات او البحيرات المالحة تواجه الحيوانات مشكلتين:
ا. تراكم املاح في الجسم نتيجة انتشار (مéôهوéن) الاملاح من مكان تركيزها العالي ماء البحر الى مكان يكون تركيزها فيه منخفض اكثر داخل الكائن الحي. املاح كثيرة ضرورية لفعالية الكائن الحي الصحيحة والمنظمة، لكن تراكمها بكمية كبيرة يمكن ان يؤدي الى خلل في عمل الخلايا. الضرر الذي يمكن ان يحدث مضاعف: من جانب واحد يمكن لعضيات ذات غشاء داخل الخلية ان تخسر ماء بالانتشار (اسموزا)، ويتضرر عملها (ارتفاع تركيز الاملاح في السيتوبلازم تؤدي الى خروج ماء من العضي). من جانب اخر للاملاح نفسها يمكن ان يكون تاثير سلبي (تسمم) على العمليات في الخلية.
ب. خسارة ماء من الكائنات الحية الى بيئتها (لماذا؟).

هاتان المشكلتان قائمتان في كائنات حية تركيز الاملاح داخل جسمها اقل من تركيز الاملاح في بيئتها. لكي نفهم كيف يواجه كائن حي يعيش في البحر هاتين المشكلتين نفحص ماذا يحدث في سمكة (من مجموعة الاسماك العظمية) تركيز الاملاح في جسمها اقل من تركيزه في ماء البحر. نتيجة لذلك: (ا) تدخل املاح الى السمكة و (ب) تخسر ماء عن طريق سطح جسمها.
ثلاث انظمة تساعد السمكة في المحافظة على موازنة الماء والاملاح .
1. شرب كميات كبيرة من ماء البحر.
2. افراز فائض املاح وامونيا (مواد افراز نيتروجينية) بواسطة خلايا خاصة في الخياشيم.
3. افراز كمية قليلة فقط من البول.

انتبهوا
تتم المحافظة على موازنة الماء في نفس الوقت مع المحافظة على موازنة الاملاح. الانظمة الموجودة في الحيوانات التي تعيش في البحر، وتلك التي تعيش على اليابسة، تعمل على تنظيم ميزان الماء والاملاح والمحافظة عليهم معا. وبالاستعانة بهذه الانظمة يتم المحافظ على الاتزان البدني (نهîéàهèàوé)، اي: يحافظ على بيئة داخلية ثابتة، على الرغم من التغيرات في البيئة الخارجية.

مواجهة النقص بالماء

كما ذكر اعلاه، يمكن ان نفهم ان الحياة غير ممكنة بدون الماء (على الاقل في الشكل المعروف لنا). حل المشاكل المتعلقة بالنقص بالماء معقد جدا. وقد ذكرنا سابقا ان باحثي علم التطور يعتقدون ان الحياة بدات بالتطور في الماء، وفقط بعد ذلك تطورت الحياة على اليابسة.
الماء ليس متوفرا دائما على اليابسة وغير موجود في كل مكان. عدا ذلك فان الهواء الجاف يؤدي الى تبخر كبير للماء من السطح الخارجي للكائن الحي ولخسارة الماء. تطور الحياة على اليابسة كان ممكنا بعد ان تطورت خلال عملية التطور ملاءمات مختلفة للحياة على اليابسة. بجانب التنوع الكبير لاشكال الملاءمة هذه، والتي قسم منها سيشرح فيما بعد، توجد ثلاث اشكال ملاءمة مشتركة لكل الكائنات المتكيفة للحياة على اليابسة:

1. تغطية سطح الجسم بغطاء غير نفاذ للماء
جلد الحيوانات، طبقة الشمع (÷هèé÷هىن) عند النباتات والحشرات تمنع تبخر ماء من سطح الجسم.

2. الدفاع عن المناطق التي يحدث فيها تبادل غازات مع الهواء.
القصد هنا هو لتبادل الغازات والتي هي قسم من عملية التنفس (التي تحدث في كل الكائنات الحية هوائية التنفس) ولتبادل الغازات في التركيب الضوئي. تبادل غازات يمكن ان يحدث فقط عندما يكون سطح الخلايا رطب.

عند الثدييات وحيوانات اخرى يحدث تبادل الغازات في الرئتين، وتثبت داخل جسم الكائن الحي بعيدة عن خطر الجفاف. اوعية خاصة تربط بينها وبين الهواء الخارجي، استيعاب الاكسجين وثاني اكسيد الكربون في خلايا النباتات يتم ايضا عن طريق الجدران الرطبة للخلايا. نظام الاقفال عن الثغور تحفظ داخل الورقة من الجفاف عندما يتواجد النبات في وضع نقص بالماء.

3. تكاثر غير متعلق بالماء
تفرز خلايا التكاثر الى الماء في البيئة المائية وهناك يحدث اللقاء بينها والاخصاب. لكن، خلايا التكاثر الخلية الذكرية والبويضة غير قادرة على البقاء في الهواء الجاف.

كيف تنقل خلايا التكاثر بين الكائنات الحية على اليابسة. وكيف يتم اللقاء، بينها؟

عند النباتات (تلك التي يتم فيها اخصاب ذاتي وتلك التي يتم فيها اخصاب متبادل) تصل حبيبة اللقاح، ولها غطاء غير نفاذ للماء من المتوك الى الميسم. بعد ان تثبت حبيبة اللقاح تستعمل احدى نوياته لاخصاب البويضة المختبئة جيدا داخل المبيض.
عند الزواحف، الطيور والثدييات الاخصاب داخلي، خلايا التكاثر الذكرية تدخل الى جسم الانثى وهي غير معرضة للهواء الخارجي الجاف.
بعد الاخصاب يصان الجنين من الجفاف. وعند النباتات محمي بواسطة اغطية البذور، عند الطيور يحفظ داخل بيضة تحتوي محلولا مائيا وهي ذات قشرة غير نفاذة للماء. وعند الثدييات فانه يتطور داخل البيئة المائية في رحم امه.

بعد ان وصفنا اشكال الملاءمة المميزة لكل الكائنات الحية التي تعيش على اليابسة، سنصف وبشكل منفرد اشكال الملاءمة عند النباتات والحيوانات.

n اشكال الملاءمة عند النباتات للحياة على اليابسة

استيعاب الماء

يتم استيعاب الماء عن طريق الجذور. يستوعب الماء في اطراف الجذور التي تتواجد فيها ما يشبه “شعيرات” تسمى شعيرات ماصة. الشعيرات الماصة دقيقة جدا ومساحة سطحها كبيرة جدا بالنسبة لحجمها. وهكذا تزداد مساحة السطح الكلي للجذور. وعن طريق الشعيرات الماصة يتم امتصاص الماء والمذابات. يوجد احيانا لنباتات الصحراء شبكات جذور عميقة ومتشعبة، وهكذا يزداد حجم التربة التي يمتص النبات الماء منها

سؤال

عندما نفحص جذور نباتات نجد ان الشعيرات الماصة موجودة بالاساس في الاقسام الصغيرة والتي تنمو بسرعة عند الجذر. ماذا يمكن ان تكون افضلية هذا الوضع للنبات ؟

المحافظة على الماء

مياه كثيرة تنتقل من الجذور عن طريق النبات كله وتتبخر للبيئة الخارجية بالاساس عن طريق الثغور في الاوراق. كمية الماء التي تنقل في النبات اكبر بكثير بالنسبة لكمية الماء التي يستهلكها النبات في فعالياته الكيميائية، لنقل المواد والمحافظة على

ما سبب خسارة الماء الكبيرة في النباتات؟

الاجابة هي ان استيعاب الضروري لعملية التركيب الضوئي يتم عن طريق الثغور.

كل الوقت الذي تكون فيه الثغور مفتوحة، يستوعب ، لكن في نفس الوقت ينطلق من خلالها بخار ماء كثير الى الهواء، والذي رطوبته منخفضة بالنسبة للرطوبة داخل الورقة.
عملية انطلاق بخار الماء من الورقة يسمى نتح (èôééن). اي: يرافق عملية التركيب الضوئي خسارة ماء.

الافضلية في مبنى الثغور ونظام عملها هو انه في اغلبية النباتات تقفل في الظلمة، عندما لا يكون ضوء لتنفيذ التركيب الضوئي، وهكذا تمنع خسارة ماء زائدة.
عدا ذلك، فانها لا تقفل فقط في الظلمة، وانما في وضع نقص ماء في النبات ايضا. وعندما تقفل الثغور تمنع خسارة ماء، لكن في نفس الوقت يمنع دخول ونسبة التركيب الضوئي تقل.

سؤال
مبنى الورقة عبارة عن حل وسط بين الملاءمة لتنفيذ التركيب الضوئي والملاءمة للمحافظة على موازنة ماء ايجابي.
فسر هذا القول.
خلال عملية التطور تطورت في النباتات اشكال ملاءمة مختلفة تمكنها من الحياة في بيئة جافة. امثلة لاشكال ملاءمة كهذه:
1. ملاءمة دورة الحياة لتوافر الماء.
2. الملاءمة في المبنى (مورفولوجية).
3. اشكال ملاءمة فسيولوجية بيوكيميائية.

1. ملاءمة دورة الحياة لتوافر الماء
تبدا دورة حياة نبات حولي ببذرة وتنتهي بانتاج جيل جديد من البذور ونشرها. دورة حياة يحدث فيها انبات البذور، النمو، الازهار، ونضوج الثمار كلها في زمن يتوفر فيه الماء بكثرة. هذه هي احدى الطرق لمواجهة النقص بالماء.
عند النباتات الحولية في البلاد، تبرز ظاهرة الانبات مع بداية موسم المطر واكمال دورة الحياة حتى بداية الصيف.
يمكن النظر الى مجرى حياة نبات حولي وكانها “تهرب” من مواجهة مصاعب الصيف الجاف. البذور صامدة جدا امام الجفاف ويمكنها اجتياز الصيف بوضع سبات ومن ثم الاستيقاظ والانبات مع قدوم المطر في الخريف.

تاثير النقع بالماء على تفجر ثمار نبات (éï àëى)

زمن النقع
(بالدقائق) % الثمار التي
تفجرت
5
10
20
40
60
180 صفر
2
8
36
52
52

فعالية
1. خطط منحنى للنتائج.
2. ماذا يمكن الاستنتاج من النتائج؟
3. ما هي الافضلية في وجود “ساعة مطر” في نباتات الصحراء؟ فسر!

دورة الحياة القصيرة عند النباتات الحولية هي طريقة واحدة من طرق البقاء في المناطق التي يوجد فيها موسم جفاف. ظاهرة مماثلة موجودة ايضا عند النباتات المعمرة. النباتات ذوات البصيلات او الدرنات تحت الارضية، مثل البصيل او العنصلان، يتم معظم النمو في الموسم الماطر. بينما يمر النبات بالموسم الجاف وكل اقسامه فوق الارضية جافة وميتة. ما عدا عضو الخزن تحت الارضي فانه يحفظ للموسم القادم. ويحدث النمو في الخريف مع قدوم الموسم الماطر.

2. ملاءمات في المبنى تساعد في توفير الماء
يوجد عند النباتات اشكال ملاءمة عديدة في مبنى الورقة والساق والتي تقلل من خسارة الماء.
امثلة:
ا. غطاء شمعي ( ÷هèé÷هىن) سميك: اوراق الخروب.
ب. ثغور منغرسة او مغطاة بالشعيرات، مثال: الزيتون.
ج. مساحة سطح اوراق صغيرة، او تساقط اوراق في الصيف، مثلا: اوراق صيف واوراق شتاء عند البلان ورتم الصحراء.
د. اسطوانية الاوراق مثال صديق الرمال .

3. ملاءمات فسيولوجية بيوكيميائية
نباتات CAM: تركيب ضوئي مع ثغور مقفلة.
كما قلنا، استيعاب اللازم للتركيب الضوئي يمكن ان يحدث فقط عن طريق الثغور المفتوحة، لكن عن طريقها يخسر النبات كميات كبيرة من الماء. خسارة الماء في النتح يتاثر ايضا بالظروف الفيزيائية في البيئة ويزداد خلال ساعات الضوء عندما تكون درجة الحرارة عالية والرطوبة منخفضة. تقليل خسارة الماء عن طريق اقفال الثغور تؤدي ايضا الى تقليل نسبة التركيب الضوئي.
عند نباتات CAM تطورت نظام فسيولوجية بيوكيميائية تعمل بالطريقة التالية: تفتح الثغور في ساعات الليل، ويستوعب عن طريقها في هذه الساعات، ثم يرتبط بعملية كيميائية بمركب خاص وهكذا يحفظ هناك.
عند فتح الثغور في الليل يتبخر الماء عن طريقها. لكن هذه الكمية اقل من الكمية التي كانت ستتبخر خلال ساعات اليوم (لماذا؟). خلال ساعات اليوم، وفي ساعات الضوء، لا تفتح الثغور، لكن عملية التركيب الضوئي تتم بمساعدة الذي استوعب وخزن في ساعات الليل وضوء الشمس.

مصدر الاسم CAM
النظام الذي وصف هنا، موجود في بعض العائلات النباتية. وتنتشر بشكل خاص عند نباتات عائلة المخلدات èلهéééي ( Crassulaceae ) ومن هنا مصدر الاسم Crassulaceae Acid ,,,,bolism وباختصار CAM .

عمل
(الصبر) ل, àنى, èلهé, هé, امثلة لانواع نباتات ذات نظام CAM وتنمو في البلاد.
1. رتبوا جدولا يلخص صفات اثنين من هذه النباتات.
خذوا بالحسبان مبنى الورقة، المبنى الداخلي التشريحي، منطقة النمو وغير ذلك (استعن ب ( “îâمé” (هىي نîçéي) وغيره).
2. لخصوا اشكال ملاءمات عند هذه النباتات للحياة في بيئة فقيرة بالماء.

n ملائمات لتوفير الماء عند حيوانات اليابسة

الحيوانات تاخذ الماء وتخسر الماء. مصادر الماء وطرق خسارتها ملخصة في الجدول 1 1.

الجدول 1 1: مصادر المياه وطرق خسارة الماء عند الحيوانات

الحصول على الماء (مصادر الماء) طرق خسارة الماء
الشرب.
غذاء: فواكه واجزاء نباتية اخرى، لحوم.
منتوجات الاكسدة (ماء ايضي)
تبخر عن طريق سطح الجسم.
تبخر عن طريق اعضاء التنفس.
افراز ماء في البراز والبول.

عند الحيوانات كما هو عند النباتات، يوجد انواع مختلفة من الملاءمات التي تساعد في توفير الماء. قسم منها قد وصف وسنشرح هنا نوعين اضافيين من الملاءمة:

1. ملاءمة سلوكية
2. ملاءمة فسيولوجية بيوكيميائية

1.ملاءمة سلوكية
خسارة ماء من سطح الجسم نتيجة التبخر يشكل مشكله جدية عند حيوانات جلدها الخارجي رطب مثل دودة الارض او الضفدع. كمية الماء المتبخرة عن طريق سطح الجسم كبيرة جدا، وتصل عند دودة الارض حتى 0.400ملغم (ملغم = 0100/1غم) من الماء في الساعة لكل سم2 من سطح الجسم، وعند الضفدع حتى 0.300 ملغم/ساعة/1سم2. تقلل دودة الارض والضفدع خسارة الماء بان يعيشوا في اماكن مظلمة ورطبة داخل التربة او بين النباتات المتشابكة بجانب المجمعات المائية بحيث لا تكون معرضة للشمس.

2. ملاءمة فسيولوجية بيوكيميائية
سنعرض هنا ثلاث ملاءمات فسيولوجية بيوكيميائية:

ا. امتصاص رجعي للماء في الامعاء والكلية
قسم كبير من الماء المنقول في جهاز الهضم لا يفرز مع البراز وانما يعاد امتصاصه عن طريق الامعاء الى الدم. بالاضافة الى ذلك قسم من الماء المرشح في الكلية (في منطقة تسمى التواء هنلي) يعاد امتصاصه في الجسم ولا يفرز في البول.

ب. افراز مواد زائدة نتروجينية صلبة
في بول الحيوانات تفرز ايضا مواد زائدة نيتروجينية مذابة به. مثل اليوريا، لكن افراز بول كثير معناه ايضا خسارة ماء كبيرة.
عند الحشرات، الزواحف وطيور عديدة تفرز المواد الزائدة النتروجنية ليست على شكل يوريا مذابة في الماء، وانما كحامض يوريك غير قابل للذوبان في الماء، ولذا لا يرافق افرازه خسارة بالماء. افراز مواد زائدة نتروجينية على شكل حامض يوريك، غير قابل للذوبان، هو نوع من الملاءمة يقلل من امكانية خسارة الماء عند الكائن الحي.

ج. استعمال ماء ايضي كمصدر للماء
عند اكسدة مواد عضوية في الغذاء، كما يحدث في التنفس الخلوي، يرتبط الاكسجين للهيدروجين ويتكون ماء (انظر المعادلة). هذا هو ماء ايضي.

كم من الماء يتكون من اكسدة مواد عضوية في الغذاء؟

حول هذا يمكنك التعلم من المعطيات في الجدول 1 2.

جدول 1 2: كمية الماء المستخرجة عند اكسدة 1غم من المادة العضوية

مادة عضوية ماء ينتج عند اكسدة 1غم مادة (بالغرامات)
زلال
نشا
دهن 0.39
0.56
1.07

الماء الايضي هو مصدر ماء مهم للثدييات الصغيرة التي تعيش في الصحراء مثل اليربوع، والتي غذاؤها بالاساس بذور جافة.

دورة الماء
الماء هو احد المواد المنتشرة في المجال الحيوي، ككل المواد الاخرى يمر الماء بشكل دوري بين المركبات المختلفة للجهاز البيئي. بين المركبات الاحيائية والمركبات الا احيائية.

حركة الماء الاساسية في دورة المياه هي :
1. تبخر ماء البحيرات، البحار والمحيطات بواسطة الطاقة الشمسية. وعملية النتح من نباتات اليابسة.
2. نقل مياه جوية (كغيوم) من مكان الى اخر.
3. تسرب المياه الى التربة كرواسب (مطر، برد، ثلج).
4. جريان ماء من اليابسة الى البحر (تدفق من اعلى).

الطاقة الشمسية التي تبخر مياه المحيطات هي، “القوة المحركة” لدورة
الماء.

الخاتمة:
الماء هو عصب الحياة، واجسام معظم الكائنات الحياة تتكون من عنصر رئيسي وهو الماء. ويعد الماء افضل المذيبات لان اغلب المواد تذوب فيه نظرا لان الماء يعتبر مادة قطبية تتكون من جزئ الهيدروجين ذو الشحنة الموجبة وجزئ الاوكسجين ذو الشحنة السالبة. ويدخل الماء كعنصر اساسي في العديد من الصناعات والتفاعلات الكيميائية. وهو يشكل نسبة عالية من سطح الارض اكبر من نسبة اليابسة. ونقص الماء في اجسام الكائنات الحية يؤدي الى اضرار كثيرة ناتجة عن توقف العمليات الايضية وغيرها من العمليات الحيوية التي يعد الماء جزء منها.

قال تعالى:” وجعلنا من الماء كل شئ حي”. صدق الله العظيم.

• v gglhx
• أين تتواجد الثغور على الورقة