Влияние воды и минеральных солей на адаптации организмов

 

Вода обеспечивает протекание в организме обмена веществ и нормальное функционирование организма в целом. Одни организмы живут в воде, другие приспосабливаются к постоянному недостатку влаги. Среднее содержание воды в клетках большинства живых организмов составляет около 70%. Вода в клетке присутствует в двух формах: свободной (95% всей воды клетки) и связанной (4-5%) связаны с белками).

Значение воды:

· вода является основной средой биохимических реакций;

· циркуляция, транспорт питательных веществ и выведение продуктов диссимиляции в организме в виде водных растворов;

· участие воды в газообмене;

· участие воды в формировании теплового баланса организмов со средой.

Животные получают влагу в виде питья и метаболической воды из запасов жировых отложений - при окислении жиров образуется вода. Выведение воды происходит с мочой и экскрементами, испарение.

Выведение солей у животных происходит:

· у одноклеточных - через мембрану клеточной стенки;

· у беспозвоночных – через эпидермис;

· у позвоночных – через трахеи, жабры, кожу, легкие и кожу.

Специальная выделительная система у высших позвоночных: кожа, легкие, печень, почки.

Кожа: выводятся вода, мочевина, соли.

Легкие: СО₂, водяные пары.

Печень: желчные пигменты; отходы азотистого обмена (при расщеплении белков и нуклеиновых кислот) – аммиак, мочевина, мочевая кислота, триметиламиноксид (у морских рыб – характерный запах), креатин (креатинин); продукты детоксикации (фенольные соединения).

Функции экскреции и осморегуляции:

1. Удаление отходов метаболизма (побочные продукты).

2. Регуляция ионного состава жидкости тела. Понижение концентрации Na ведет к ухудшению нервной координации. Концентрация К ⁺, Mg ²⁺, Ca ²⁺, Fe ²⁺, H ⁺, J ^-, PO ^3-₄, HCO ^-₃, Cl ^-.

3. Регуляция содержания Н ₂ О в жидкостях тела.

4. Регуляция концентрации Н ⁺, поддержание рН.

Процессы экскреции и осморегуляции:

Ультрафильтрация – удаление из раствора молекул растворителя и растворимых веществ (при фильтрации крови удаляется большинство мелких молекул ионов солей, сахара, мочевины), образуется первичная моча.

Реабсорбция – обратное всасывание из фильтрата молекул растворимых веществ (ионы солей, сахар) и воды в нужных организму количествах. Отходы метаболизма не реабсорбируются. В результате конечная моча оказывается гипотоничной по отношению к плазме крови.

Секреция – процесс активного переноса растворенных веществ из жидкостей тела в фильтрат или окружающую среду. Это приводит к повышению осмотического давления фильтрата и к понижению осмотического давления жидкостей тела.

Конечный результат этих трех механизмов (УФ, Р, С) является гомеостаз, т.к. он поддерживает константу состава жидкостей тела.

Водный обмен связан с обменом солей. Соли входят в состав тканей. Водно-солевой баланс влияет на осмотические процессы и ионное равновесие.

Пойкилоосмотические организмы – концентрация солей в тканях близка к концентрации солей в окружающей среде (морские беспозвоночные, цианобактерии, низшие растения). Гомойоосмотические – поддерживают внутреннее постоянство осмотического давления.

Водно-солевой обмен у водных организмов. По степени солености водоемы условно подразделяются на пресные с соленостью менее 0,5‰ (промиль), солоноватоводные – соленость 0,5-16 и соленые – больше 16‰. Соленость океана 32-38‰. По характеру водно-солевого обмена гидробионты делятся на пресноводных и морских.

У большинства морских обитателей концентрация солей в организме близка к морской воде – такие живые организмы называются изотоничными. Абсолютная изотоничность свойственна кишечнполостным и иглокожим. У большинства беспозвоночных наблюдается некоторое повышение осмотического давления внутренней среды организма (гипертоничность), это обеспечивает постоянный приток в организм воды для уравновешивания процессов выделения. Если осмотическое давление внутренней среды организма ниже, чем в морской воде, то это гипотоничность.

Механизмы осморегуляции:

Многие водные организмы, живущие в гипертонической среде (морская вода), теряют воду путем осмоса и поглощают растворенные вещества путем диффузии. Потеря воды возмещается питьем, приемом пищи. При этом повышается концентрация солей, их избыток удаляется путем активного транспорта. Организмы, живущие в гипотонической среде, поглощают воду путем осмоса и теряют растворимые вещества путем диффузии. Потеря солей возмещается путем активного поглощения.

Пресноводная осморегуляция

Среди пресноводных нет изотоничных форм, концентрация жидкости в их клетках и тканях выше, чем в окружающей среде. Пресноводные гидробионты гипертоничны, они должны постоянно поддерживать осмотическое давление внутренней среды организма. Они гомойосмотичные.

 

 

Рис. Экскреция и осморегуляция у пресноводных костистых рыб

 

Механизмом поддержания постоянства осмотического давления является активное выделение избытка воды через почки. Вода поступает в организм пресноводных гидробионтов осмотическим путем через жабры и слизистую пищеварительного тракта. Потери солей с мочой и эскрементами компенсируются активным переносом ионов из окружающей среды против градиента концентрации. Процесс поступления солей идет через всю поверхность тела, жабер и с пищей. Почки и жабры представляют собой осморегуляторный механизм.

2. Осморегуляция в море

2.1 Костные рыбы

Угорь, форель

 

Рис. Экскреция и осморегуляция у морских костистых рыб

 

Задачи осморегуляции в море обратны пресноводному типу: в море концентрация солей несколько выше, чем в организме. В результате осмоса организм постоянно обезвоживается. Фильтрационная функция почек, направленная на усиленное выведение воды, у морских костных рыб ослаблена. Но снижение уровня почечной фильтрации не компенсирует потери воды, поэтому морские рыбы постоянно пьют воду, получая при этом избыток солей. Реабсорбция ионов в почечных канальцах морских костных рыб резко снижена, но зато здесь происходит интенсивное обратное всасывание воды из состава первичной мочи. Избыток солей выводится через почки с мочой, кишечник с фекалиями, жабры. Через почки и кишечник выводятся двухвалентные ионы, через жабры – одновалентные.

2.2 Хрящевые рыбы

Акула, скат, минога

Рис. Экскреция и осморегуляция у пластинчатожаберных рыб

 

Концентрация солей в крови хрящевых рыб, также как и у костных рыб, ниже, чем в морской воде. Но осмотическое давление жидкостей тела у этих рыб слегка превышает осмотическое давление морской воды, т.е. они гипертоничны по отношению к среде обитания. Достигается это тем, что, во-первых, в почечных канальцах хрящевых рыб идет активная реабсорбция мочевины и до 70-99% мочевины возвращается из первичной мочи в кровь, повышая ее суммарно омотическое давление; во-вторых, в крови хрящевых рыб накапливается триметиламиноксид (ТМАО), обладающий высокой осмотической активностью. Хрящевых рыб называют метизотоничными животными, т.е. промежуточными между гомойо- и пойкилоосмотическими формами.