Теория за кохезия-напрежение • Джеймс Трефил, Енциклопедия „Двеста закона на Вселената“
Водният транспорт в растенията зависи главно от водородните връзки, образувани между водните молекули.
Растенията се нуждаят от много вода. За разлика от животните, които задържат по-голямата част от водата, която поглъщат, растенията изпаряват през листата почти 90% от влагата, постъпила през корените. Този процес се наричатранспирацияи възниква поради факта, че устицата на листата остават отворени през повечето време, така че въглеродният диоксид от атмосферата да може да навлезе в растението и да участва във фотосинтезата. Поради това огромно търсене на вода, британският еколог Джон Харпър нарече растението „фитила, който свързва съхранението на почвената вода с атмосферата“. През корените водата навлиза в растенията от почвата под въздействието на осмотично налягане, но как водата може да се издигне до самите върхове на високи дървета, остава неясно дълго време. Теорията на кохезионното напрежение има за цел да отговори на този въпрос.
Оказа се, че свойствата на водните молекули играят важна роля в процеса на транспортиране. Всеки водороден атом във водна молекула образува силна водородна връзка (cm. Химични връзки) с кислородните атоми на съседните молекули. Има голяма кохезивна сила, която държи водните молекули заедно. (Същата сила създава повърхностно напрежение.) Водата изпуска една молекула от клетките в устицата на листата и когато една молекула напусне клетката, друга молекула влиза в нея. Тъй като всички водни молекули са свързани помежду си с водородни връзки, това движение създава натиск или издърпване на молекулите в „тръбопровода“ на растението отгоре надолу. Можем да си представим, че всички водни молекули са свързани една с друга: една на входа на листа, друга малко по-ниско и така по цялото растение, по-близо до почватавода - вода, която в крайна сметка ще се абсорбира през корените.
Важно е да разберете как този процес се различава от засмукването през сламка при пиене. В последния случай се създава частичен вакуум в сламката, което позволява на атмосферното налягане да избута течността нагоре. Подобен процес може да повиши водата само до 10 метра, а много дървета са много по-високи. Теорията за издърпване обяснява как водата да се издигне на голяма височина, без да се прибягва до конвенционално засмукване.
1. Ако всички водни молекули се издигат, като се свързват с предишната молекула, тогава не е ясно как първата молекула се издига толкова високо, че да привлече цялата верига кислород-водород?
2. Увеличава ли се натоварването на първите молекули с удължаване на "веригата"? В края на краищата, на първия етап първата молекула дърпа една молекула и веднага щом се придвижи нагоре с една молекула, тя вече дърпа две молекули, след това три, четири и т.н. не е ли?
"Повишаването на водата в ксилемата възниква, очевидно, поради изпаряването на водата в листата. В процеса на изпаряване се образува липса на вода в короната. Повърхностното напрежение в съдовете на ксилемата е в състояние да издърпа нагоре целия воден стълб, създавайки масов поток. Скоростта на покачване на водата е около 1 m / h (до 8 m / h при високи дървета); за да издигне водата до върха на висок дърво, е необходимо налягане от порядъка на 40 atm." http://www. ebio.ru/org12.html
Очевидно ще трябва да отрежем всички листа от експерименталното дърво, за да оценим силата на междумолекулното действие на водата по време на транспортирането през каналите от корените до короната.
Теорията обича потвърждение от практиката и числени изчисления. :)