Борис Сергеев - Жизнь океанских глубин

Мембраны живых организмов обладают свойствами полупроницаемости, то есть они пропускают молекулы одних веществ и не пропускают других. Обычно мембрана бывает проницаема для мелких, электрически нейтральных молекул, не имеющих электрического заряда, и, конечно, для воды. Диффузией воды чаще все и ограничивается. Ее молекулы устремляются туда, где концентрация растворенных веществ более высока. Такие растворы как бы засасывают воду. Общая суммарная концентрация всех растворенных веществ (ее называют эффективной, или осмотической, концентрацией) независимо от того, какие там вещества растворены, придает раствору совершенно определенные свойства. Для жидкостей тела и воды природных водоемов это очень важный показатель. Он определяет пригодность воды для жизни в ней различных животных.

Осмотическое давление раствора соответствует тому внешнему давлению, которое нужно к нему приложить, чтобы, сжав его, полностью предотвратить поступление через полупроницаемую мембрану новых порций воды или другого растворителя.

Растения чаще других организмов пользуются повышением внутриклеточного давления, чтобы предотвратить дальнейшее проникновение воды в клетки.

Мембраны растительных клеток изготовлены из высокопрочного материала целлюлозы и способны выдержать высокую нагрузку. Благодаря их полупроницаемости состав веществ во внутриклеточных жидкостях достаточно устойчив, меняется лишь количество воды. А так как их оболочки не способны значительно растянуться, давление внутри клеток растет, пока не достигнет такой величины, которая окажется достаточной, чтобы предотвратить дальнейшее проникновение воды. Гидростатическое давление внутриклеточных растворов позволяет поддерживать тургор [2] Слово «тургор» латинского происхождения. Оно означает «наполнение». растительных тканей, благодаря чему они приобретают упругие свойства, их листья сохраняют свою форму, а стебли — вертикальное положение.

У животных оболочки клеток построены из эластичных, легко растяжимых материалов, поэтому тургора тканей не возникает, а если равновесие в величине осмотического давления нарушается, они начинают набухать. Живые нормально функционирующие клетки, не испытывающие недостатка в кислороде, способны предотвратить набухание. Процесс этот энергоемкий. Он осуществляется за счет интенсивной работы мембранного натриево-калиевого насоса, регулирующего концентрацию этих ионов внутри клетки и способного снижать внутриклеточное осмотическое давление.

Многие морские беспозвоночные способны стабилизировать количество находящейся в организме воды, меняя внутриклеточное осмотическое давление.

В отличие от ионов натрия, калия, кальция, магния, хлора и иных солей, растворенных в морской воде, количество которых в тканях организма не должно превышать какой-то определенной величины, количество аминокислот во внутриклеточной среде может без какого-либо вреда для организма изменяться в достаточно широких пределах. Если животное попадает в водную среду с более высокой осмотической концентрацией, чем внутриклеточные жидкости, в клетках происходит расщепление белков на аминокислоты. Увеличение концентрации аминокислот позволяет без вреда для клетки уравнять ее осмотическое давление с окружающей средой и предотвратить обезвоживание организма. Если возникнет противоположная ситуация и животное окажется в среде с низкой осмотической концентрацией, в клетках усиливается синтез белков, на что расходуется запас аминокислот. Уменьшение их концентрации приводит к падению осмотического давления, что позволяет избежать набухания тканей тела и сберечь во внутриклеточной среде необходимое количество ионов калия, натрия и других солей.

У большинства морских беспозвоночных животных осмотическая концентрация внутриклеточных жидкостей такая же, как в морской воде. Этим серьезно упрощается их жизнь. Однако солевой состав практически никогда не бывает точно таким же, как в окружающей среде, и о его сохранении приходится постоянно заботиться.

Вместе с пищей или через прорехи скафандра в организм всегда попадают нежелательные для животных вещества. От них приходится избавляться. Для этого предназначены органы выделения. Они должны удалять из организма все ненужное или вредное, но при этом ничто ценное не должно быть потеряно.

Регулировать состав своей внутренней среды умеют даже низкоорганизованные существа. У медуз концентрация сульфата удерживается на значительно более низком уровне, чем в морской воде. Сульфат — тяжелый ион. Удаляя его, медуза поддерживает свою плавучесть на необходимом уровне. Морские ежи и звезды не способны позаботиться о состоянии своей внутренней среды, поэтому могут жить лишь в морской воде со строго постоянной осмотической концентрацией и составом и гибнут, если они немного меняются.

Среди беспозвоночных к самым различным условиям существования лучших других, несомненно, умеют приспосабливаться ракообразные, что связано с непроницаемостью их хитинизированного панциря для воды и солей. Когда в организме возникают излишки того или другого, они умеют от них избавляться. Регулировать солевой состав жидкостей тела ракообразным помогают жабры. У морских ракообразных через жабры удаляются излишки солей, у живущих в опресненной воде жабры активно абсорбируют соли, препятствуя обессоливанию организма.

Многие крабы, раки-отшельники и другие ракообразные живут в прибрежной приливно-отливной зоне и подолгу бродят по обнаженным пляжам, а такие, как пальмовый вор, вообще переселились на сушу и, попав в море, могут утонуть. Их тела хорошо защищены от высыхания. Разгуливая по берегу, они почти не испаряют влаги и им не грозит перспектива значительного роста осмотической концентрации жидкостей тела.

Чемпион среди ракообразных по умению приспосабливаться — артемия, относящаяся к классу жаброногов. Этот удивительный крохотный рачок способен жить и размножаться в воде с соленостью от 20 промилле до концентрированного рассола солеварен, где соль выпадает в осадок, и может без вреда для себя перенести кратковременное опреснение. У артемий высока способность к осморегуляции. В любом солевом растворе, более концентрированном, чем вода Балтийского моря, кровь этих животных сохраняет осмотическую концентрацию на более низком уровне. Так, при солености среды, равной 58 и 200 промилле, соленость крови артемии будет эквивалента 13 и 26. Борясь за существование, рачок даже из очень соленого раствора ежедневно абсорбирует воду со скоростью, равной 3 процентам веса тела в час, а излишки солей выделяет с фекалиями. Жабры отвечают лишь за поддержание нужной концентрации поваренной соли.