Czytaj książkę: «Практическая биология для школьников», strona 3

Разбираемся с замороженным соком

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.

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.

Теперь перенесём внимание на берёзовый сок. Если не любите мякоть, то он как раз для вас. Откуда же берётся этот напиток? Берёзовый сок – смесь воды с различными органическими и неорганическими веществами, хранящимися в корне дерева. Весной по растению начинает активно перемещаться жидкость, доставляя различные питательные вещества ветвям, на которых развиваются почки и листья. В этот период берёза выходит из состояния зимнего покоя, встречая устойчивое тепло, поэтому сбор сока приходится на апрель-май. После окончания этого периода собирать сок бесполезно, так как листья уже развернутся, начнётся цветение.

Опасно ли это для растения и разрешено ли в нашей стране? При соблюдении определённых правил дереву наносится минимальный урон, а законодательно сбор берёзового сока разрешён для собственных нужд. Чтобы не повредить берёзу, нужно брать сок у уже немолодых деревьев из отломленных ветвей или через аккуратно просверлённое небольшое отверстие. После – закрыть это место специальным веществом или чистым мхом, отверстие можно заткнуть маленькой заранее обработанной сухой веточкой, которая станет естественной пробкой. Это необходимо для того, чтобы внутрь не попали патогенные микроорганизмы, способные вызвать заболевание и гибель дерева.

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.

Морковный румянец

Однажды Валера пришёл на уроки, щеголяя ярким оранжевым румянцем. Для Валеры подобное не было естественным, поэтому все обратили внимание на щёки мальчика. Тем более учитель биологии.

– Валера, а почему у тебя такие щёки рыжие?

– А, эт я морковку ем, тёртую, мне сказали, от неё растут.

Учитель понимающе улыбнулась, так как Валера самый низенький в классе.

– В моркови правда есть каротин – предшественник витамина А. Но есть её в большом количестве нельзя, так как вещество накапливается в организме.

Далее учитель объяснила, что витамин А – жирорастворимый, его легче накопить и сложнее вывести из организма. Получать его важно в умеренных дозах, он участвует в процессах роста, но это не чудодейственное средство, ведь на рост влияет много других факторов, например генетика.

Судя по нормальному цвету лица в дальнейшем, Валера всё понял.

Неотъемлемый ингредиент борща – свёкла. Как и морковь, это корнеплод, то есть видоизменённый корень. Запасает большое количество углеводов, в частности сахаров, и отличается необычной окраской, которую придают пигменты группы беталаинов, в частности бетанин. Именно из свёклы их извлекли впервые, что и повлияло на название (на латыни вид свёкла обыкновенная называется Beta vulgaris).

Бетанин разрушается в щелочной среде и сохраняется в кислой. Так что уксус или томатную пасту в борщ добавляют не только для вкуса, но и для красивого цвета.

Дальше внимательно рассмотрим лук и чеснок. Как думаете, что у них общего? Тут несколько правильных ответов: форма, запас питательных веществ, происхождение. У обоих растений возникает одно и то же видоизменение побега – луковица.

Луковица состоит из очень маленького уплощённого стебля – донца (найдём его внизу), почек, которые сформируют новые побеги, и листьев – сочных (чешуи) и сухих (шелуха). Чтобы быстро и эффективно резать лук, нужно знать функции стебля. Он опора для листьев и других органов, скрепляет и соединяет их. Поэтому, как только мы отрежем донце, наши чешуи тут же рассыплются, будут выскакивать из-под ножа и плохо поддаваться измельчению. Поэтому для собственного удобства стоит отрезать эту опорную часть луковицы уже в самом конце нарезания.

Предлагаю поговорить о том, что наверняка волновало многих: почему мы плачем, когда режем лук? Всё дело в химии этого овоща и нашей слизистой оболочке. При повреждении клеток луковицы из вакуолей (крупных мешочков, про которые говорили ранее) начинает вытекать сок. В его составе мы найдём много сложных химических соединений, некоторые из которых действительно способны выдавить из нас слезу. Важно, что эти молекулы должны вступить в реакцию с кислородом, чтобы образовалось раздражающее вещество. Оно летучее, быстро распространяется по воздуху и попадает на слизистую оболочку носа и глаз.

Так и слышу вопрос из зала: можно ли как-то защититься от химии лука и перестать лить слёзы над готовящимся обедом? Может, помогут очки? Защититься немного можно, но только очков будет недостаточно. Как мы узнали ранее, вещества воздействуют и на слизистую оболочку носовой полости, причём большее количество молекул попадает именно через нос. Чтобы снизить это воздействие, можно смачивать нож при резке, ополаскивать луковицу, меньше дышать носом или перейти на ротовое дыхание, проветривать помещение. Совсем от слёз и рези это не убережёт, но будет легче.

Чеснок формирует сложную луковицу, состоящую из нескольких небольших луковок – зубчиков. У каждого зубчика можно выделить донце, почку, листья. У чеснока, как и у лука, внутри листья разных типов: защитные и запасающие.

Осталось детальнее рассмотреть капусту. Как ни странно, у неё тоже формируется видоизменение – кочан. Это сильно разросшаяся почка, в которой накапливается много питательных веществ. Вообще-то капуста запасает их не для человека, а для себя: это двулетнее растение, которому в условиях холодной зимы необходимо пережить суровые месяцы. На первый год формируется кочан, который перезимовывает, на второй – из него развивается новый побег, на котором будут цветы и плоды с семенами. Плоды этого растения – стручки, не использующиеся в пищу.

Интересны и другие видоизменения видов и сортов этого овоща. Например, если вы задавались вопросом, почему цветной называется белая или желтоватая капуста, то ответ кроется в том, что в пищу у неё используются разросшиеся мясистые соцветия (как и у брокколи). У брюссельской – кочаны (как у бело- и краснокочанной), из-за маленьких размеров их ещё называют кочанчиками. У кольраби видоизменяется побег, что приводит к развитию структуры, напоминающей свёклу (но при этом развивается над землёй и не имеет отношения к корню). Существуют и декоративные виды капусты, многие из которых тоже пригодны в пищу: листья такого растения отличаются окраской, которая варьируется от белой и розоватой до фиолетовой и пурпурной.

Итак, наш борщ почти готов: получается, что с точки зрения биологии, он хороший катализатор пищеварения, богатый частями различных видоизменённых органов растений, но только если мясо начинало вариться в холодной воде и набирало температуру постепенно на медленном огне.

Как «спелить» плоды в домашних условиях

Теперь отвлечёмся от плиты и борща и принюхаемся. Что это так приятно пахнет? Это яблоки, живописно разложенные в вазе для фруктов. Интересно, что эти плоды выделяют в воздух этилен – газообразное органическое вещество, растительный гормон (фитогормон). Напомню, что эти вещества отличаются тем, что даже в очень малых количествах могут воздействовать на организм. Так, этилен связан с процессами созревания и старения клеток. И это можно и нужно использовать.

Яблоки, дыни, бананы, персики и некоторые другие плоды восприимчивы к содержанию этилена в воздухе. Под его влиянием активно развиваются клетки – идёт созревание. Если вы купили ещё зелёную дыню, можно обложить её яблоками и оставить в прохладном месте. Так она быстрее поспеет и порадует сладостью, вкусом и ароматом. Только следите за уровнем влажности в своём дынном «инкубаторе»: её высокие показатели могут привлечь плесень, которая тоже не прочь использовать плоды в пищу.

Яблоки и другие этиленвыделяющие растения – отличный и доступный способ «заспелить» плод. Однако стоит учитывать, что от длительного лежания яблоки потеряют свою сладость, станут рыхлыми. Почему так происходит?

Дело в том, что плоды растений остаются живыми даже после того, как их сняли с дерева или куста, то есть в их клетках продолжают происходить процессы жизнедеятельности. Для этого требуется энергия, для получения которой в ход идут сахара: постепенно они окисляются (используются), что и приводит к безвкусности.

А вот рыхлость связана с разрушением пектина. Как и у грибов, у растений имеется клеточная стенка, но состоит она из жёстких волокон целлюлозы (клетчатки), которые расположены в структуре параллельно друг другу. В единый комплекс их связывает углевод пектин. Но по мере старения плода он постепенно разрушается, а волокна начинают распадаться, клетки растения отсоединяются друг от друга, что и приводит к рыхлости. Так что не оставляйте яблоки очень надолго, если хотите насладиться их вкусом и хрусткостью. Кстати, есть под рукой пачка пастилы или зефира? Изучите на досуге состав этих сладостей: там можно обнаружить пектин, который выполняет роль стабилизатора, придаёт упругость.

Знаете, разные плоды – моя любимая тема. В жизни и в ботанике всё очень различается. Например, у яблока плод называется «яблоко» (здесь ничего необычного), но точно так же он называется у груши и рябины. То есть можно совершенно спокойно сказать «яблоки груши», не опасаясь, что ботаники косо посмотрят (правда, других профессий это может не касаться). Плод банана – ягода, малины – многокостянка, клубники – многоорешек. Продолжать можно до бесконечности, пожалуй, вернёмся к этой теме позже, когда выйдем в сад насладиться тёплым летним днём.