Жизнь океанских глубин - [54]

Живя в солевом растворе, каким, по существу, является океан, трудно сохранить в неизменном виде состав и концентрацию веществ во внутренних средах организма. Между окружающей средой и телом животного, через его наружные покровы постоянно происходит взаимный обмен водой и растворенными в ней веществами. В соответствии с физическими законами различия в концентрации отдельных веществ должны быть ликвидированы. Вполне естественно, что выравнивание концентраций происходит за счет изменений состава тел обитателей океана. Правда, многие животные способны свести к минимуму изменения во внутренней среде своего организма, но за это им приходится отчаянно бороться. Используются два способа, позволяющих обеспечить постоянство состава крови и внутриклеточных жидкостей организма. Одни животные стремятся по возможности уменьшить проницаемость наружных покровов, чтобы надежнее отгородиться от окружающей среды, другие стараются уменьшить силы, которые заставляют воду и различные вещества покидать организм или проникать в него извне.

В первом случае животные облачаются в «скафандры», изготовленные из веществ, не имеющих пор, сквозь которые могли бы просочиться молекулы воды и других веществ или их ионы. Чрезвычайно надежным скафандром пользуются рептилии. Роговые пластины и чешуйки, покрывающие их тело, практически непроницаемы для морской воды и растворенных в ней солей. Однако в доспехах есть прорехи, не позволяющие полностью отгородиться от окружающей среды. Через «забрало» и другие дыры скафандра все-таки происходит достаточно существенный обмен водой и солями.

О втором способе стоит поговорить более подробно. Вода и различные вещества способны мигрировать сквозь биологические мембраны без посторонней помощи, если в их концентрациях имеются существенные различия или разница в величине электрических потенциалов. Если наружные покровы тела проницаемы для растворенных в воде молекул, они будут постоянно проходить сквозь них то из окружающей среды внутрь организма, то наружу из организма. Естественно, что с той стороны преграды, где концентрация веществ выше, его молекулы чаще проходят сквозь мембрану, просто в силу того, что чаще с ней сталкиваются. Обратно, с противоположной стороны преграды, где концентрация этого вещества низка, тоже будет двигаться поток молекул, но менее мощный. Ведь их здесь меньше, они реже налетают на преграду, а значит, и возможностей для ее преодоления меньше. Процесс взаимного проникновения веществ через биологическую мембрану будет продолжаться до тех пор, пока их концентрация по обе стороны преграды не выравняется и интенсивность встречных потоков молекул не станет равной.

Если по обе стороны преграды заряды разные по знаку или по величине, диффузия идет более целенаправленно. Здесь ионы кильватерной колонной устремляются к порам в мембране. Обычно движутся два встречных потока ионов, несущих разноименные заряды. Обмен ионами продолжится до тех пор, пока заряды не станут одноименными и не уравняются по величине.

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] 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.