Практическая биология для школьников: читать книгу онлайн полностью и бесплатно

Иногда при обследовании морозильной камеры можно обнаружить множество интригующего: прошлогодний суповой набор; кусочек жира, когда-то оставленный для синичек (да, они это любят и очень ценят зимой); завалявшиеся ягоды, выпавшие из пакета для заморозки; даже коробку фруктового сока, случайно забытого вечером и уже, конечно, превратившегося в глыбу льда. И это наш следующий экспонат.

Давайте вытащим сок из морозилки, аккуратно удалим упаковку и поместим лёд в ёмкость. Интересно будет понаблюдать за тем, как он тает: сначала выделится концентрат – максимально сладкий и насыщенный, затем будет растапливаться вода, что займёт больше времени. Такая закономерность связана с тем, что в концентрате много органических веществ: сахаров, аминокислот, витаминов и других. Они синтезируются растением и содержатся в клеточном соке. Благодаря повышенной концентрации этих веществ жидкость дольше не замерзает, а если всё-таки замерзание произошло, она быстрее оттает. Получаются этакие природные антифризы (незамерзайки).

Разные растения и другие организмы успешно используют особенность органических растворов долго сохранять жидкое состояние, не давая воде превратиться в кристаллики льда. Например, в цитоплазме (жидкости) клеток водорослей холодных морей концентрация сахаров, аминокислот и других молекул резко выше, чем концентрация подобных веществ у водорослей субтропиков и тропиков, то есть обитающих в более тёплых водах. Причём показатель возрастает ближе к зиме, и органика не используется в течение суровых холодных месяцев. Ведь клетка не может позволить себе замерзания, так как для неё это означает гибель.

Несмотря на огромную важность йода для здоровья, нужно иметь в виду, что чрезмерное употребление этого микроэлемента может оказать негативное влияние на здоровье. Водоросли крайне полезны в качестве продукта, придающего разнообразие рациону и обогащающего его дефицитными нутриентами, но при этом водоросли не следует употреблять длительное время в качестве основной ежедневной пищи. (прим. научного редактора)

Какие клетки можно увидеть невооружённым взглядом

Как ни странно, кухня – место, где можно наглядно увидеть, что живые организмы состоят из клеток. Это структурно-функциональные единицы, с которых начинается жизнь (исключение – вирусы, не имеющие клеточного строения и занимающие промежуточное положение между живой и неживой природой). Обычно клетки очень мелкие, размером всего в несколько микрометров (1 мкм = 1/10 000 сантиметра), поэтому увидеть их возможно только в микроскоп. Однако у некоторых организмов они настолько крупные, что различимы даже невооружённым взглядом.

Обратите внимание на два привычных на кухне экспоната – арбуз и томат. На их срезах видна такая картина: округлые рыхло расположенные образования. В обоих случаях мы видим клетки. Конечно, для более детального изучения понадобится увеличительный прибор, но форма видна и невооружённым взглядом. В таких клетках развиты вакуоли – специальные структуры (органоиды, органеллы), похожие на сосуды, в которых хранится клеточный сок. В зрелых плодах они настолько крупные, что смещают всё остальное содержимое клетки к самой стенке.

Кстати, из вакуолей мы и получаем сок, богатый сахарами, витаминами и другими веществами. Растения запасают молекулы для защиты семян, постепенно расходуя по мере старения плода, а ещё это способ привлечения распространителей у некоторых видов. Получаются очень простые и понятные взаимовыгодные отношения: животные получают питательные вещества для жизнедеятельности, а растения – перемещение на новую территорию.

Тут назревает вопрос: как же растения распространяются, если животное съедает плод? У таких видов формируется плотная оболочка семени, которая не переваривается в желудочно-кишечном тракте. Благодаря этому оно выходит из организма животного неповреждённым (думаю, вы догадываетесь, как именно, но это совсем неподходящая тема для кухни).

Есть ли ещё очень крупные клетки? Да, например, икринки у рыб, волокна хлопчатника, водоросль ацетабулярия, напоминающая затейливый гриб (несъедобна)… К слову, единственная клетка ацетабулярии может достигать 3–5 см или даже 12–18 см (зависит от конкретного вида).

Какие бывают масла

Далее рассмотрим подсолнечное масло. Как думаете, что у него общего с соком-ледышкой из морозилки? Можно предположить, что и там, и там вещества, связанные с растениями. Верно, но дело не только в этом.

Масла – это почти то же самое, что и жиры: оба класса соединений относятся к липидам, близки по химическому строению. Однако масла чаще имеют растительное происхождение и жидкое агрегатное состояние. В их состав входят остатки жирных кислот и глицерина. Мы не будем углубляться в химию, но отметим некоторые важные для биологии моменты.

Жирные кислоты бывают насыщенными и ненасыщенными. Если говорить просто, насыщенные формируют внутри себя максимальное количество химических связей между атомами углерода и водорода, поэтому уже не могут просто так присоединить к себе дополнительные элементы. А у ненасыщенных имеются двойные и тройные связи между атомами и сохраняется возможность вступать в реакции присоединения, благодаря чему они обладают антиоксидантными свойствами и помогают выводить из организма вредные соединения. Концентрация тех или иных жирных кислот влияет на агрегатное состояние вещества: если больше насыщенных, то оно будет твёрдым, если больше ненасыщенных, то жидким.

В подсолнечном масле больше ненасыщенных жирных кислот, даже в холодильнике оно сохраняет своё жидкое состояние. А теперь мы вплотную подходим к ответу на вопрос про общность с соком-ледышкой. Дело в том, что в холодных условиях растениям нужно сохранять жизнеспособность: для этого мембрана клетки должна оставаться пластичной и не замерзать (как и жидкость внутри). Поэтому увеличивается концентрация ненасыщенных жирных кислот, а подсолнечное масло остаётся жидким даже в холодных условиях. То есть общность в том, что это приспособления к жизни в суровом климате.

В условиях жары возникает другая опасность – расплавиться и растечься небольшой лужицей на раскалённой солнцем земле. Чтобы этого не произошло, целесообразно запастись такими веществами, которые смогут выдерживать повышенные температуры без вреда для организма. Поэтому чем выше среднегодовая температура, тем больше в составе клеток насыщенных жирных кислот, тех самых, которые сложнее плавятся и быстрее замерзают. Например, оливковое масло в холодильнике образует застывшие капли, которые плавают на поверхности. А видели кокосовое масло? У него при комнатной температуре кремообразная текстура, что показывает возрастание концентрации насыщенных жирных кислот. То есть это приспособление растения к условиям жизни в жарком климате. По логике вещей, у пустынных растений тоже должен быть похожий механизм. Интересно, мы когда-нибудь увидим в составе печенья или тортика какое-нибудь кактусовое масло?

Необычные напитки: чайный гриб и берёзовый сок

Иногда на кухне можно увидеть трёхлитровый баллон со странной жидкостью, похожей на чай с плавающим нечто. Что это? Кто-то забыл напиток, в котором развилась новая форма жизни? Отчасти так и есть. Только чай не забыли, а поставили специально, а форма жизни совсем не новая, а уже известная. Речь, конечно, про чайный гриб.

Чайный гриб – комплексный организм, в состав которого входят бактерии и разнообразные дрожжи (иногда и другие грибы). Его главная особенность в том, что клетки разных представителей вступают в тесные взаимодействия – симбиоз, становясь как бы единым целым. Долгое время даже считали чайный гриб самостоятельным организмом, и только в начале 20 века выявили, что в его составе множество разных бактерий и дрожжей. С ещё одним подобным организмом мы столкнёмся на улице, когда наша экскурсия перейдёт во двор.

Мы уже знаем про брожение, поэтому можем догадаться, что при приготовлении чайного напитка происходит именно оно. Для его активного протекания добавляют сахар и оставляют банку при комнатной температуре. Полезные свойства такого напитка вызывают вопросы и споры, становятся объектом исследований, но его вкус нравится многим.

Борщ с точки зрения биологии

Спорить о том, какой рецепт борща более правильный, можно до бесконечности. Говядина или свинина… С капустой или без… Добавлять уксус или нет… Давайте сойдёмся на том, что все рецепты хороши, а вариаций существует много – как говорится, каждому своё. Мы же поговорим о биологии борща.

Нам понадобятся мясо (свинина или говядина, по вкусу), картофель, морковь, свёкла, лук, чеснок, капуста. Начнём с бульона, а потом переключимся на подборку овощей, про каждый из которых можно рассказать кое-что интересное.

В какую воду положим мясо? В холодную. Благодаря постепенному набору температуры в бульон будут выделяться экстрактивные вещества – это такие специальные молекулы, которые быстро всасываются в желудке, проникают в кровь и положительно влияют на пищеварение. Именно поэтому бульон – отличная пища при болезни (не нагружает организм, быстро усваивается), а также блюдо, с которого принято начинать приём пищи (поможет желудочно-кишечному тракту подготовиться к более тяжёлой еде и быстрее с ней справиться). При этом будем следить за температурой и не допустим бурного кипения, так как в противном случае произойдёт быстрая денатурация белка, а мясо станет жёстким. Полезные свойства такого бульона уменьшатся.

А стоит ли сразу посолить? Обождите. Если сделать это в самом начале, возникнет большая разница между солёностью воды и мяса, которая не пойдёт на пользу последнему. Дело в том, что работает так называемый закон осмоса: жидкость стремится туда, где больше какого-либо растворённого вещества, чтобы разбавить его, уровнять концентрации. Можно представить человека с очень развитым чувством справедливости: ему не нравится, если что-то разделено не поровну. Как истинный Робин Гуд он отбирает у тех, у кого и так много, и отдаёт тем, у кого мало. Примерно так же поступает осмос при варке супа: перераспределяет жидкость в пользу той области, где её не хватает из-за высокой концентрации соли. Поэтому мясной сок устремится в кастрюлю, что сделает мясо менее сочным и более жёстким.

Пока оставляем мясо вариться на медленном огне и переключаемся на овощи. Как называется часть, которую мы едим у картофеля? Клубень – видоизменённый подземный побег. То есть этот орган растения меняется в ходе эволюции, становится не похожим на классический зелёный побег, от которого отрастают листья, берёт на себя дополнительные функции. Здесь у вас может возникнуть закономерный вопрос, а почему не корень? Ведь растёт же в земле. Дело в происхождении и строении.

У клубня картофеля есть верхушечная и пазушные (боковые) почки: они называются глазками и вырезаются при чистке клубня. Над ними есть небольшие рубцовые углубления – бровки. Это зачаточные листья, которые начали развиваться, но деградировали без света. На срезе клубня видны типичные структуры стебля: сердцевина, древесина, луб и пробка (та самая «звёздочка»). На корне не бывает верхушечной почки, листьев и даже их зачатков, отличается и внутреннее строение.

А вот морковь формирует корнеплод – видоизменённый корень. Он утолщается из-за накапливания питательных веществ, которые растение использует для перезимовки и развития нового побега на будущий год (морковь посевная – двулетнее растение). По строению и функциям это типичный корень. Оранжевый корнеплод содержит большое количество каротиноидов. Эти пигменты не только придают окраску, но и становятся источником витаминов и других полезных веществ. Например, каротин – предшественник витамина А (провитамин). Ликопин – антиоксидант, то есть молекула, препятствующая окислению органики клетки, которое приводит к её повреждению. Любопытно, что ликопин под действием высоких температур не только не разрушается, но и становится более легкоусвояемым.

Сказала про каротиноиды и вспомнила историю из школы.