Экология: биология взаимодействия. 5.16. Водный баланс организмов
В какой бы внешней среде ни находился организм, для него жизненно важна концентрация водных растворов в его внутренней среде. Чтобы сохранить жизнь, следует удерживать ее постоянной в достаточно узких пределах. Оболочки организма проницаемы и для воды, и для некоторых растворенных веществ. Концен...
{
"title": "Українська мова (найновіша версія) / Російська мова (оновлення припинено)",
"section_5_15": "5.15. Парниковий ефект",
"authors_and_chapter": "Д. Шабанов, М. Кравченко. Екологія: біологія взаємодії\nГлава 5. Аутекологія та основи середознавства",
"section_5_17": "5.17. Адаптивні біоритми",
"section_5_16": "5.16. Водний баланс організмів\nУ найзагальнішому вигляді живий організм можна описати як водний розчин, закритий у оболонку — поверхню тіла.\nКнут Шмідт-Нільсен\nУ якій би зовнішній середовищі не перебував організм, для нього життєво важлива концентрація водних розчинів у його внутрішній середовищі. Щоб зберегти життя, слід утримувати її сталою в досить вузьких межах. Оболонки організмів проникні як для води, так і для деяких розчинених речовин. Концентрації розчинів у внутрішній та зовнішній середовищах практично ніколи не збігаються. Отже, регуляція водного балансу — одне з найважливіших умов виживання організмів. Звісно, особливості такого балансу відрізняються для організмів, наприклад, що борються з жаром та сухістю в засушливій, продуваній вітром пустелі, або що утримують необхідну концентрацію солей у талій воді гірського потоку.\nПроцеси, які впливають на водний баланс наземних тварин, наведено в таблиці 5.16.1.\nТаблиця 5.16.1. Компоненти водного балансу наземних тварин\n\nВтрата води\n\n\nОтримання води\n\n\n\n\nВипаровування через поверхні тіла\nВипаровування через органи дихання\nВипаровування потому та слизи\nВиведення з сечею\nВиведення з калом\nІнші види виведення (наприклад, з молоком)\n\n\nПиття\nПоглинання через поверхню тіла\nОтримання з їжею\nОтримання води в обміні речовин\n\nУсі тварини можуть витримувати певні відхилення від норми вмісту води в тілі (зазвичай близько 10 %). Щоб не допустити небезпечних для життя відхилень вмісту води, багатьом з них доводиться виділяти відповідні адаптації. Наведемо кілька прикладів:\n— у жаб на животі розташовані особливі трубчасті залози, які слугують не для виведення речовин, а для поглинання води з вологого ґрунту;\n— ті речовини, у складі яких виводяться продукти розщеплення азотмісних сполук, відрізняються у різних груп тварин (рис. 5.16.1); ті з них, кому важливіше за все економити воду, виводять азот у формі мочевої кислоти;\n— шкіра деяких деревних безхвостих амфібій (філомедуз) вкрита восковим шаром, що перешкоджає випаровуванню води, а самі ці амфібії виводять азот не у вигляді розчину мочевини, а у вигляді густої кашиці мочевої кислоти;\n— із розвитком ящірниць і змій їхня маса зростає, оскільки вони отримують з навколишнього середовища додаткову воду, необхідну для їхнього розвитку;\n— деякі комахи здатні поглинати воду безпосередньо з вологого повітря через свої трахеї;\n— якщо потерпілі корабельне лихо люди п'ють морську воду, вони лише посилюють зневоднення свого організму, оскільки концентрація солей у ній вища за концентрацію солей у сечі; морські черепахи, на відміну від людей, можуть пити морську воду завдяки наявності біля очей солевих залоз, які виводять концентрований розчин солі; у альбатросів та інших трубконісних птахів аналогічну функцію виконують трубчасті залози біля основи дзьоба;\n— висока концентрація молока у китоподібних та ластоногих, яке здатне плавати на поверхні води, як суфле, зменшує втрату води організмом годуючої матері.\n
\nРис. 5.16.1. Продукти розщеплення основних груп речовин їжі та три основні способи виведення азоту\nМорська вода містить близько 3,5 % розчинених солей, причому близько 90 % із них становить добре всім відомий хлорид натрію — кухонна сіль. Загалом склад морської води відносно постійний, хоча й залежить від багатьох умов. Наприклад, солоність Середземного моря вища за норму (до 4 %), оскільки випаровування води в ньому не компенсується притоком із річок. Солоність поверхневих вод Чорного моря суттєво нижча за норму (1,8 %), а Азовського — ще нижче, від 1 до 1,3 %. Причина такого зниження — розведення морських вод через потужний притік прісної води.\nПрісна вода за складом значно різноманітніша за морську. Навіть у дощовій воді є невелика кількість солей; їхнє джерело — солева пил, яка утворюється із бризків морської води над океаном. Після опадання на сушу склад дощової води починає змінюватися. Якщо вона тече по гранітному підґрунтю, вона майже не отримує розчинених речовин і залишається м'якою (містить мало солей кальцію та магнію). Якщо вона просочується крізь вапняк, у ній розчиняється багато солей (передусім тих самих кальцію та магнію), і така вода стає жорсткою. Змішуючись із морською водою, прісна вода стає слабосолоною. Це особливо характерно для естуаріїв — зон впадіння річок до морів, де їхні води змішуються.\nЧому солоність морської води настільки важлива для організмів? Покриви більшості з них напівпроникні: пропускають одні речовини та затримують інші. Так, зазвичай покриви тіла (та клітинні мембрани клітин) пропускають крізь себе воду та розчинені гази, але затримують іони та порівняно великі молекули розчинених речовин. Розгляньте рис. 5.16.2, причому зверніть увагу не лише на концентрацію розчинених речовин, а й на «концентрацію» самої води в розчині. «Концентрація» води праворуч від мембрани нижча. Це означає, що за звичайної дифузії молекули води переходитимуть крізь напівпроникну мембрану зліва направо!\n
\nРис. 5.16.2. Там, де розчини різної концентрації контактують крізь напівпроникну мембрану, виникає осмос — дифузія води у бік більш концентрованого розчину\nПерехід молекул води (або іншого розчинника) із зони з низькою концентрацією розчинених речовин у зону з вищою їх концентрацією крізь напівпроникну мембрану називається осмосом. У якому випадку осмос у зображеному на рисунку випадку припиниться? Або коли концентрація розчинів з обох сторін мембрани вирівняється, або коли тиск у більш концентрованому розчині підвищиться настільки, що перешкодить руху води крізь напівпроникну мембрану. Тиск, який слід застосувати, щоб припинити осмос, називається осмотичним тиском. Природно, він залежить від різниці концентрацій розчинених речовин у двох розчинах. Порівнюючи певний розчин із чистою водою, ми можемо дізнатися осмотичний тиск цього розчину. Він тим вищий, чим більше в ньому розчинених речовин. До речі, різні розчинені речовини (наприклад, залежно від того, наскільки вони дисоціюють на іони та як ці іони взаємодіють із молекулами води) по-різному змінюють осмотичний тиск розчину.\nНайважливіше наслідок для живих організмів, що випливає з наведених принципів, полягає в тому, що напрям осмосу між ними та зовнішньою середовищою залежить від співвідношення їхніх осмотичних тисків.\nЯк і щодо багатьох інших факторів середовища, розбіжність осмотичних тисків внутрішньої та зовнішньої середовищ можна подолати, а можна й терпіти змінюваний внутрішньою середовищем осмос. Організми, які дозволяють рівню солоності своєї внутрішньої середовища змінюватися, називають осмоконформерами. Наприклад, до їх числа належать кишкополостні, багатоклітинні черви, багато молюсків, їглокожі та інші водні тварини. Осмоконформери відрізняються за діапазоном змін концентрації внутрішньої середовища, які вони здатні витримувати. Наприклад, устриці витримують набагато серйозніші коливання солоності, ніж морські зірки. Ті ж, хто активно підтримує рівень солоності своєї внутрішньої середовища, називаються осморегуляторами. Риби, зокрема кісткові, належать до осморегуляторів. Розглянемо, з якими складностями вони можуть стикатися (рис. 5.16.3).\n
\nРис. 5.16.3. Для кісткових риб життя в морській та прісній воді вимагає абсолютно різних фізіологічних процесів для підтримання водного балансу\nМорські риби гіпоосмотичні: концентрація солей у них нижча, ніж у зовнішньому середовищі. Осмотичні процеси забирають воду з їхніх організмів, зневоднять їх. Чи можуть риби заблокувати цей процес? Шкіра хребетних може бути майже непроникною для води, але непроникні покриви перешкодитимуть газообміну. Принаймні, у легенях внутрішня середовища організму має контактувати із зовнішньою крізь тонку напівпроникну (та проникнуто не лише для газів, а й для води!). Риби, що живуть у прісній воді, стикаються з протилежними процесами. Їхні тіла гіперосмотичні та «насасують» воду із навколишнього середовища.\nЯк риби вирішують ці проблеми? Морські кісткові риби змушені пити морську воду, а надлишок солей, що надходить із цією водою, виводити з калом і крізь поверхню легеней. Прісноводні риби виводять обширну сечу з низькою концентрацією солей, а створюваний при цьому недолік солей поглинають крізь поверхню легеней.\nА тепер уявіть, наскільки складні регуляторні завдання доводиться вирішувати лососевим рибам, що піднімаються на нерест із морів у річки, або мешканцям естуаріїв, середовище проживання яких може змінювати свою солоність залежно, наприклад, від напрямку вітру!\nХрящові риби полегшили завдання підтримання постійного складу внутрішньої середовища, накопичуючи в ній мочевину та тим самим підвищуючи її осмотичний тиск. Концентрація солей у крові арок примірно така ж, як і у кісткових риб, зате мочевини набагато більше (у 100 разів більше, ніж у нашій крові!). Зазначимо два наслідки такого рішення. Перше стосується людей, що вживають м'ясо арок і скатів у їжу. Воно може трохи пахнути сечею та потребувати видалення надлишку мочевини (замочування у прісній воді). Друге стосується самих хрящових риб: через складності в осморегуляції вони практично не змогли освоїти прісні води. Економія витрат на осморегуляцію призвела у цій групі тварин до втрати можливості заселити значну частину можливих середовищ проживання. Відомо лише кілька видів арок і скатів, вільно заходящих у прісні води, і лише один справжній прісноводний вид: амазонський річковий скат. У крові цього ската немає надлишку мочевини.\nДодаткові матеріали:\nНавчальна модель: Водний баланс рослини",
"footer": "5.15. Парниковий ефект\n\n\nД. Шабанов, М. Кравченко. Екологія: біологія взаємодії\nГлава 5. Аутекологія та основи середознавства\n\n\n5.17. Адаптивні біоритми"
}