Адаптация организмов к водно-солевому обмену
Содержание
1. Водно-солевой обмен
2. Адаптация водных растений в солёных и пресных водах
3. Адаптация рыб в солёных и пресных водах
1. Водно-солевой обмен
Роль воды для живого организма трудно преувеличить. Вода является единственным универсальным растворителем, благодаря которому молекулы, клетки и органы связаны в единое существо транспортной, выделительной, теплорегуляционной функции.
Естественно, что в медицине для воды выделена отдельная тема, обязательная для изучения каждым врачом. А поскольку движение воды в теле человека сильно зависит от солей, растворенных в ней (а обмен солей сильно зависит от воды, в которой они растворены), то обе темы, и вода, и соли, изучаются одним разделом -- водно-солевой обмен в организме человека.
Водно-солевой обмен, совокупность процессов потребления, использования и выделения воды и солей в организме животных. Обеспечивает относительное постоянство концентрации, ионного состава, кислотно-щелочного равновесия и объёма жидкостей внутренней среды организма, необходимых для его нормального функционирования. Общее содержание воды в организме млекопитающих колеблется от 60 до 70%.
Основные процессы в тканях определяются ионами Na+, К+, Са2+, Mg2+, Cl, SO42-, НСO3. У млекопитающих основным органом обеспечения водно-солевого баланса служат почки. В поддержании водно-солевого баланса активную роль также играют пищеварительная система, особенно кишечник, где происходит всасывание воды и минеральных веществ, кровеносная система, лёгкие, потовые и др. железы. Некоторые ткани и органы служат в качестве депо различных минеральных веществ. Например, в костях находится основная масса Са2+, в печени - различных микроэлементов.
2. Адаптация растений в солёных и пресных водах
соленый вода растение рыба
Ткани растений содержат больше воды, чем ткани животных, и функционирование растительной клетки, так же, как и всего растения в целом, зависит от постоянства содержания воды. У растений не существует тех проблем осморегуляции, с которыми встречаются животные, и растения можно рассматривать просто в связи с местообитанием
Гидрофиты
Пресноводные растения типа элодеи (Elodea canadensis), тысячелистника (Myriophyllum) и водяной лилии (Nymphaea) относятся к гидрофитам и меньше сталкиваются с проблемами осморегуляции, чем растения всех остальных типов. В пресной воде растения окружены гипотонической средой, и в сок, содержащийся в вакуолях, вода поступает путем осмоса. Она свободно проходит через клеточную стенку и полупроницаемые плазматическую и вакуолярную мембраны. Когда за счет поглощения воды объем вакуоли увеличивается, в ней создается тургорное давление. Клетка становится тургесцентной, и достигается равновесное состояние, когда водный потенциал в ней повышается до той же величины, что и в окружающей воде (почти нулевой), и поступление воды прекращается. Это называют механической осморегуляцией. Пресноводная водоросль нителла (Nitella clavata) содержит чрезвычайно концентрированный сок, и вся проблема осморегуляции у нее сводится к поддержанию ионного состава этого сока, что осуществляется путем активного поглощения ионов из окружающей воды.
Галофиты
Единственными растениями, способными существовать в морской воде, являются водоросли - основной источник растительной пищи на морском побережье. Распределение видов водорослей по мере удаления от берега определяется многими факторами, в том числе устойчивостью к воздействию волн и к обезвоживанию при отливе, а также составом пигментов, участвующих в фотосинтезе. Во всех случаях эти виды способны переносить повышение солености, и главная задача осморегуляции сводится у них к предотвращению потери воды в результате испарения. Самую верхнюю зону морской растительности на укрытых скалистых берегах Британских островов занимает взморник бороздчатый (Pelvetia canaliculata). Этой водоросли помогают выживать толстые клеточные стенки, густой слой слизи и ножка в форме желобка.
3. Адаптация рыб в солёных и пресных водах
По степени солености водоемы условно подразделяются на пресные с соленостью менее 0,5%, солоноватоводные - соленость 0,516 и соленые - больше 16%. Соленость океана 3238%. По характеру водносолевого 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 гипертрофированной 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.
Выделение продуктов распада у рыб тесно связано с водно-солевым обменом, обеспечивающим осмотическое и кислотно-щелочное равновесие в тканях. У морских и пресноводных рыб эти процессы протекают различно. Пресноводные рыбы живут в гипотонической среде (осмотическое давление в их тканях значительно выше осмотического давления пресной воды). Поэтому вода постоянно проникает в организм через кожу, жабры и с пищей. По некоторым данным за 3-5 ч поступающей извне водой заменяется вся вода организма; ему постоянно грозит излишнее "обводнение". Высоко развитый фильтрационный аппарат почек позволяет выводить избытки воды; за сутки пресноводные рыбы выделяют от 50 до 300 мл мочи и более на 1 кг массы тела. Потери солей при выделении больших количеств мочи компенсируются активной реабсорбцией солей в почечных канальцах и поглощением солей жабрами из внешней среды; часть солей поступает с пищей. Такой пресноводный тип водно-солевого обмена возник у предков рыб в пресных водоемах и сохранился у современных пресноводных костных рыб.
Костные рыбы
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.
Хрящевые рыбы
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, вопервых, в почечных канальцах хрящевых рыб идет активная реабсорбция мочевины и до 7099% мочевины возвращается из первичной мочи в кровь, повышая ее суммарне омотическое давление; во-вторых, в крови хрящевых рыб накапливается триметиламиноксид (ТМАО), обладающий высокой осмотической активностью. Хрящевых рыб называют метизотоническими животными, т.е. промежуточными между гомойо и пойкилоосмотическими формами.