Осмос очень значим для организмов
животных, и играет важную роль во многих биологических процессах.
Мембрана, окружающая нормальную клетку крови, проницаема лишь для молекул воды, кислорода,
растворенных в крови питательных веществ и продуктов клеточной
жизнедеятельности; для больших белковых молекул, находящихся в растворенном
состоянии внутри клетки, она непроницаема. Поэтому белки, столь важные для
биологических процессов, остаются внутри клетки.
Явление
диффузии выравнивает содержание минеральных солей, внутри организма животных и
вне него.
Если концентрация солей в организме
выше, чем в окружающей среде, возникает опасность избыточного притока воды в
ткани; если ниже - животное начинает терять воду. Избежать этого можно разными
способами. Некоторые морские животные - кишечнополостные и иглокожие - пошли
самым простым путем: их "внутренняя” соленость равна внешней. Поэтому в их
организмы не поступает вода извне. Зато и продукты жизнедеятельности выводятся
медленно, что тормозит обмен веществ. Очевидно, что такое могут себе позволить
только малоподвижные морские организмы - в пресной воде концентрация солей
гораздо ниже, чем это необходимо живым клеткам.
Большинство животных либо
изолирует тело за счет образования непроницаемых покровов, либо постоянно
перекачивают воду в нужном направлении. Роль изолятора тела от водной среды
играют покровы беспозвоночных: хитиновый покров насекомых, панцирь
ракообразных, раковина моллюсков. Так мидии, устрицы и прочие морские моллюски
могут несколько дней жить в опреснённой воде, плотно сомкнув раковины.
Однако водные животные не могут
иметь полностью водо – и соленепроницаемые покровы, так как им для дыхания
необходим растворённый в воде кислород. Поэтому у них всегда наготове механизмы
активной регуляции солевого обмена. Пресноводные организмы должны непрерывно
избавляться от воды, проникающей в тело, но удерживать соли и обновлять их
запасы. Выделительная система этих организмов выводит в основном воду, а соли
отфильтровывает и возвращает обратно в ткани. Кроме того, для компенсации
потери солей большинство обитателей пресных вод способны активно всасывать соли:
насекомые - через кишечник, рыбы - жабрами, лягушки – через кожу.
Морские животные, напротив,
вынуждены бороться с потерями жидкости: силы диффузии постоянно стремятся
«высосать» её из тела. Таким образом, животные рискуют погибнуть от
обезвоживания посреди моря. Поэтому приходится всё время пить морскую воду,
создавая в тканях избыток солей, от которого надо избавляться. Поскольку
концентрация солей снаружи и без того очень высока, приходится действовать
«вопреки законам физики». За это отвечают специальные «молекулярные насосы» -
транспортные ферменты, работа которых требует немалых затрат энергии. На
нижеследующей фотографии представлены
морские рыбы, живущие в аквариуме, в котором благодаря осмосу поддерживается
состав воды, идентичный морскому.
Рис. 4. Морские рыбы, живущие в
аквариуме.
Рис. 5. Атлантический лосось в речной
воде.
На вышеуказанной
фотографии показан "Атлантический лосось”, которому осмос позволяет чувствовать
себя комфортно, и в речной воде, и в морской.
Таким образом, у морских
и пресноводных организмов системы водно – солевого обмена отличаются. Лишь
немногие виды способны перестраивать обмен приспосабливаясь, к жизни то там, то
здесь. Это, например, проходные рыбы (лососи, осётры), а также обитатели
эстуариев – мест впадения рек в моря. Для большинства же пресноводных
организмов такая вода уже слишком солёная, а для морских – слишком пресная.
Поэтому фауна эстуариев очень бедна.
Несколько слов о влиянии
диффузионных процессов на пищеварение и
дыхание животного. Наибольшее всасывание пищевых продуктов происходит в тонких
кишках, стенки которых специально для этого приспособлены. Площадь внутренней
поверхности кишечника отличается у различных животных. Она покрыта ворсинками –
микроскопическими образованиями слизистой оболочки, за счёт чего площадь
реальной поверхности кишечника больше площади поверхности всего тела. Именно, благодаря диффузии
происходит всасывание пищевых продуктов.
Дыхание – перенос
кислорода из окружающей среды внутрь организма сквозь его покровы – происходит
тем быстрее, чем больше площадь поверхности соприкосновения тела и окружающей
среды, и тем медленнее, чем толще и плотнее покровы тела. Значит, малые
организмы, у которых площади поверхности велики по сравнению с объёмом тела,
могут обходиться вообще без специальных органов дыхания, удовлетворяясь
притоком кислорода исключительно через наружную оболочку (если она достаточно
тонка и увлажнена). У организмов более крупных дыхание через кожу может
оказаться более или менее достаточным только при условии, что покровы очень
тонки (земноводные); при грубых покровах необходимы специальные органы дыхания.
|