Жизнь океанских глубин

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] 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.

Морские позвоночные животные двояко относятся к повышенной солености окружающей среды. У миксин, пластиножаберных и кистеперых рыб внутриклеточная осмотическая концентрация поддерживается на том же уровне, что и в морской воде, или чуточку ее превышает, а у миног и костистых рыб она в три раза ниже, чем в океане. Миксины, обитающие только в морях, не способны регулировать ни осмотическую концентрацию, ни солевой состав внутриклеточной среды. У акул, скатов и кистеперых рыб осмотическая концентрация жидкостей тела всегда выше, чем океанской воды. Правда, концентрация солей такая же, как в человеческом теле. Высокая осмотическая концентрация поддерживается за счет органических веществ, главным образом мочевины, которой у них в сто раз больше, чем у млекопитающих, и отчасти за счет триметиламиноксида.

Мочевина — конечный продукт белкового обмена. Она ядовита, и млекопитающие стараются как можно быстрее избавиться от нее, удалив из организма вместе с мочой. Такое количество мочевины, как у акулы, у человека или собаки вызвало бы смертельное отравление, а этим рыбам она совершенно необходима. Если из организма акул и скатов удалить большую часть мочевины, обменные процессы в тканях их тел разлаживаются. Они специально оберегают свой организм от потерь этого вещества. Мочевина, попавшая в мочу, возвращается обратно в кровь.

Происхождение в организме триметиламиноксида неизвестно. В принципе он является продуктом окисления особого газа триметиламина, имеющего запах селедочного рассола и очень хорошо растворяющегося в воде. Это вещество встречается в мышцах, почках, печени и в мозгу животных и человека. Оно менее токсично, чем мочевина, но в организме позвоночных животных долго не задерживается. У человека только через почки ежедневно удаляется 37 миллиграммов триметиламина.

Кроме создания в клетках тела высокого осмотического давления, предотвращающего потерю воды, акулам и скатам пришлось позаботиться о солевом постоянстве внутренней среды. Так как концентрация натрия, основного солевого компонента их внутриклеточных жидкостей, должна быть в два раза ниже, чем в окружающей среде, акулам и скатам пришлось разработать способы выведения его излишков. В этом принимают участие несколько органов. Жабры позволяют освободиться от одной трети того количества натрия, которое сами же пропустили в организм. Примерно столько же выводится через почки. Они у акул никудышные и используются главным образом для удаления магния, фосфатов и сульфатов. Главным органом для выведения натрия служит особый орган — крохотная ректальная железа, проток которой открывается в прямую кишку. Железа секретирует жидкость, в которой концентрация натрия и хлора на 15–25 процентов выше, чем в воде океана. Благодаря повышенному внутриклеточному осмотическому давлению акулы и скаты понемножку сосут из океана молекулы воды, а пить соленую воду и загружать организм добавочными порциями солей им ни к чему.