Биология в вопросах и ответах

Ученые новосибирского академгородка отвечают на вопросы старшеклассников

Почему в разной степени сахар бывает сладким, а соль – соленой?

Человек различает сладкое и соленое в зависимости от химического состава веществ. Для наиболее распространенных веществ типичные данные приведены в следующей таблице.

Вкус сладкого ассоциирует главным образом с природными углеводами типа сахарозы и глюкозы. Хлорид натрия – соленый, другие соли воспринимаются как соленые и горькие одновременно.

Между химическими свойствами вещества и его вкусом не существует однозначной корреляции. Например, сладкий вкус имеют не только сахара, но и соли свинца, а самый сладкий вкус – у искусственных заменителей сахара типа сахарина. Более того, вкусовые качества вещества зависят от его концентрации. Поваренная соль в низкой концентрации кажется сладкой и становится чисто соленой только при ее повышении.

Эмоциональные компоненты вкусовых ощущений широко варьируются в зависимости от состояния организма. Например, человек, испытывающий дефицит соли, считает вкус приемлемым, даже если ее концентрация в пище так высока, что нормальный человек от еды откажется. С возрастом способность к различению вкуса снижается. К этому же ведут потребление биологически активных веществ типа кофеина и интенсивное курение.

По способу добычи различают соль каменную, самосадочную, выварочную и морскую. По характеру обработки соль бывает мелкокристаллическая, дробленая, крупная и молотая (мелкая порошкообразная). Чаще всего на стол попадает молотая соль. Для солений и маринадов такую соль использовать не рекомендуется. Для заготовки продуктов впрок лучше использовать или дробленую соль, или соль крупную. Дело в том, что соль является неплохим абсорбентом и в процессе хранения за счет этого явления происходит некоторое загрязнение продукта. Соль самого мелкого помола загрязняется сильнее (адсорбция зависит от общей поверхности), чем соль в крупных кристаллах. Кроме того, часто бывает, что соль мелкого помола йодируют. И хотя добавка йода очень мала, такая соль для заготовки продуктов впрок просто непригодна. Йод химически активен и портит вкус продуктов при длительном хранении.

Для проверки количества примесей в соли можно посоветовать провести кристаллизацию соли из насыщенного раствора. Если в соли большое количество примесей, вам не удастся получить крупные и прозрачные кристаллы. Если же соль достаточно чистая, то на дне посуды при испарении воды при комнатной температуре вырастут прозрачные кристаллы.

Этот способ хорош, но требует значительного времени. Очень часто хозяйки восстанавливают соль путем прокаливания ее на чистой сухой сковороде. Соль пригодна для консервирования, если при прокаливании происходит слипание размолотых кристаллов. После прокаливания соль должна быть крупнее.

Соль, полученная разными способами и в разных местах, изначально имеет свой характерный набор примесей, что также сказывается на «солености» соли. Так, соль Соликамского месторождения в растворе кажется менее соленой, так как в ней, несмотря на очистку, остается некоторое количество хлористого калия.

Сырьем для производства сахара служат сахарная свекла и сахарный тростник. В России единственным сырьем является сахарная свекла. В то же время у нас перерабатывается тростниковый сахар-сырец.

После многостадийной переработки сахарной свеклы полученный сахарный песок растворяют и направляют на рафинацию для удаления примесей, придающих ему желтый цвет, специфический вкус и запах. Готовый, высушенный сахар-рафинад должен содержать не менее 99,9 % сахарозы, иметь белый цвет и не обладать посторонними вкусом и запахом.

Источники

• Физиология человека /Р.Шмидта и Г.Тевса. – М.: Мир, 1996, т.1, глава 13.

• Скурихин И.М., Нечаев А.П. Все о пище с точки зрения химика. – М.: Высшая школа, 1991.

Каким образом ядовитые рыбы накапливают яд?

Ядовитые животные, в частности рыбы, содержат в организме (постоянно или периодически) вещества, токсичные для особей других видов. Одни ядовитые рыбы имеют особые железы, вырабатывающие яд, другие содержат токсичные вещества в тех или иных тканях тела. Ядовитые железы расположены у основания шипов, острых лучей, плавников. Обычно они встречаются у видов, ведущих одиночный образ жизни, имеющих предостерегающую окраску и ранящий аппарат. «Вооруженным» животным яд служит для защиты и нападения. У костистых рыб он образуется в многоклеточных кожных железах, соединенных с шипами на плавниках (например, у скорпеновых) и жаберных крышках (у морских дракончиков).

Морские миноги имеют кожные ядовитые железы. У мурены (у некоторых видов) ядовитые железы находятся в небе и связаны с зубами. У многих видов хвостоколообразных скатов посередине хвостового стебля находится длинная уплощенная роговая игла с острой вершиной и зазубренными краями. На нижней стороне иглы проходит бороздка, выстланная железистыми клетками, выделяющими ядовитый слизистый секрет. У некоторых видов химер имеется ядовитая железа у основания шипа первого спинного плавника.

Накопления яда как такового практически нет – железы постоянно его выделяют, но яд может задерживаться на поверхности тела в кожных углублениях, в слизистом слое и, возможно, внутри шипов.

Некоторые ядовитые железы сами имеют полости, в которых может накапливаться какое-то количество яда. Ядовитые вещества, присутствующие во внутренних тканях некоторых рыб, делающие их не пригодными в пищу, являются продуктами обмена веществ. Рыбы не чувствительны к своему яду, потому что таковы специфические особенности их биохимии и физиологии, и вещества, токсичные для других организмов, для самих рыб оказываются совершенно безвредными.

Источники

• Наумов Н.П., Капташев Н.Н. Зоология позвоночных. – М.: Высшая школа, 1979,

• Биологический энциклопедический словарь. – М.: Изд-во БРЭ, 1995.

• Франк С.Т. Иллюстрированная энциклопедия рыб. – Прага: Артия, 1975.

Зачем «иголки» на крыле комара?

Насекомые не имеют скелета. Его роль играет кутикула – плотный наружный покров кожи, который служит для прикрепления мышц и механической защиты тела от внешних воздействий. Кутикула не имеет клеточного строения и образуется за счет выделений гиподермы – более глубокого слоя кожи.

Кожные покровы образуют разнообразные придатки, которые подразделяются на скульптурные и структурные образования. К числу скульптурных придатков относятся чисто кутикулярные образования, без участия гиподермы – это разнообразные шипики, или хетоиды, а также бугорки, покрывающие тело насекомого.

Структурные образования являются уже производными кожи в целом, т.е. кутикулы и гиподермы. Наиболее обычны волоски и щетинки, объединяемые под общим названием «хеты». Первые более тонки и имеют однаковую толщину по всей длине, вторые к основанию несколько утолщены, но по строению они одинаковы и обычно происходят из двух клеток гиподермы.

Чешуйки бабочек, покрывающе их крылья и отчасти тело, – это видоизмененные хеты. Эти пластинчатые образования имеют разнообразную, иногда причудливую форму и располагаются черепицеобразно. Нередко волоски образуют на теле густой покров, например у ночных бабочек, шмелей, у некоторых обитателей пустынь, что, несомненно, играет роль в регуляции температуры тела.

В других случаях волоски или щетинки разбросаны поодиночке и играют роль чувствительных придатков, благодаря которым насекомые, защищенные плотным панцирем, получают информацию о состоянии внешней среды. Воспринимающие компоненты, расположенные в самой коже и выступающие над ее поверхностью в виде волоска, щетинки, конуса или другого образования, связаны, как правило, с нервной чувствительной клеткой, вместе с которой составляют основную нервно-чувствительную единицу органов чувств насекомых – сенсиллу.

У насекомых выделяют следующие чувства с соответствующими им рецепторами: механическое, слух, химическое, гидротермическое чувство и зрение. Механическое чувство обусловлено механорецепторами, которые воспринимают различные механические воздействия и очень часто представлены лишь одной клеткой. Сюда относятся осязательные (тактильные), а также чувствительные структуры, воспринимающие сотрясение, положение тела, его равновесие и пр. Осязательные рецепторы в виде чувствительных волосков с чувствительной клеткой разбросаны по всему телу. Изменение положения волоска при прикосновении твердого предмета или под воздействим движения воды или воздуха передается чувствительной клетке, где и возникает возбуждение, передаваемое ее отростком в нервный центр.

Без участия нервной системы была бы невозможной эффективная работа крыльев: у комаров частота взмахов составляет около 600 (по некоторым данным – даже 1000) в 1 с. Их работа координируется в том числе и расположенными на крыльях сенсиллами, которые дают информацию о нагрузке на крылья, направлении и скорости полета.

Источники

• Бей-Биенко Г.Я. Общая энтомология. – М.: Высшая школа, 1971.

• Сравнительная физиология животных /Л.Проссера, т. 2. – М.: Мир, 1977.

• Биологический энциклопедический словарь. – М.: Большая Российская энциклопедия.

Почему растения преимущественно имеют зеленую окраску, то есть, почему в процессе фотосинтеза используется именно хлорофилл, который имеет зеленый цвет?

В листе растения световая энергия используется для химических превращений. Чтобы понять, в каком диапазоне должен находиться максимум поглощения солнечного света растениями, вспомним, что для осуществления фотохимического превращения молекуле необходимо поглотить фотон – один квант энергии hn, где h – постоянная Планка, n – частота электромагнитных волн (n = c/l, где с – скорость света, l – длина световой волны). Энергия фотона должна превышать некоторую минимальную величину hn0, необходимую для инициации процесса (например, для разложения поглотившей квант молекулы), иначе реакция не пойдет. Так, под действием инфракрасных лучей химические процессы маловероятны.

С другой стороны, разложение молекулы может быть осуществлено любыми фотонами, энергия которых больше hn0. Как бы велика ни была энергия фотона, он будет поглощен только одной молекулой и окажет то же действие, что и квант с относительно малой, но превышающей hn0 энергией. Однако высокоэнергичные фотоны могут привести и к распаду важных для жизни организма молекул. Отсюда ясно, что для растения наиболее выгодны фотоны с наименьшей энергией (но большей hn0), т.е. с наибольшей допустимой длиной волны.

Средняя годичная кривая распределения энергии полуденного Солнца для средних широт имеет плато в области 450–650 мкм, которое резко обрывается в сторону более коротких и более длинных волн. Поэтому очевидно, что для растений наиболее выгодно поглощать свет в диапазоне 600–700 мкм. В этой области и поглощает хлорофилл.

В молекуле хлорофилла все сгруппировано вокруг центрального атома магния. Это органическое соединение имеет сложную электронную структуру, которая обеспечивает поглощение красного и синего света, а зеленый свет хлорофилл почти не поглощает, поэтому он и выглядит зеленым. Таким образом то, что поглощается именно красный и синий свет (или другими словами, то, что поглощаются фотоны определенного диапазона по энергии), – всего лишь специфика электронной конфигурации этого соединения.

Интересно, что структуры молекул гемоглобина и хлорофилла практически идентичны, но замена центрального иона магния на ион железа приводит к тому, что гемоглобин имеет ярко-алый цвет!

Источник

• Вавилов С.И. Глаз и Солнце. – М.: Наука, 1981.