Осморегуляция и ионная регуляция у животных

Для нормального протекания физиологических процессов в организме животного необходимо стабильное состояние его внутренней среды. Динамическое поддержание постоянства внутренней среды — гомеостаз — является условием независимого существования организма. Гомеостаз обеспечивается несколькими процессами, протекающими в теле животных. К ним относятся осморегуляция, регуляция ионного состава и выделение конечных продуктов обмена, главным образом азотистых соединений. Последнее называют экскрецией.

В первую очередь организму необходимо сохранять постоянным в довольно узких пределах строго определенный и относительно неизменный состав жидкостей тела. Концентрация растворенных веществ в них должна поддерживаться на определенном уровне, хотя они почти всегда отличаются от соответствующих концентраций во внешней среде. Разницу можно изменить, уменьшая проницаемость мембран или градиентов, но диффузная утечка все равно имеет место. Поэтому организму приходится создавать противоток, затрачивая на это энергию.

В зависимости от того, в какой среде живет животное — водной или наземной, — задачи поддержания постоянных концентраций воды и растворенных в ней веществ меняются. Они совершенно различны в морской воде, пресной и на суше.

Между осмо- и ионной регуляцией у животных существует тесная связь. Не менее тесна она между этими процессами и экскрецией.

У морских животных

У обитателей морей, где концентрация растворенных солей, главным образом NaCl, достигает 3,5 ‰ (в 1 л морской воды содержится 35 г солей), жидкости тела изоосмотичны морской воде. Эти животные являются осмоконформерами. Они не способны регулировать осмотическую концентрацию жидкостей тела, она изменяется так же, как в окружающей среде. Но даже обитателям моря в какой-то степени приходится приспосабливаться к этим изменениям. Известно, что если растворы разделены мембраной, проницаемой как для воды, так и для растворенного вещества, то происходит либо диффузия (ионы переходят из более концентрированного в менее концентрированный раствор), либо осмос (растворитель переходит из менее концентрированного в более концентрированный раствор).

Мембраны живых организмов чаще всего лишь частично проницаемы для воды и растворенных веществ (рис. 11, а). У изоосмотичных окружающей среде организмов движение ионов и воды через мембраны происходит равномерно и одновременно. В результате этого градиент исчезает. Конечно, это не значит, что состав веществ, растворенных в жидкости тела морских животных, такой же, как в морской воде. Есть определенные различия, и животные должны их сохранять, а для этого требуется активное регулирование концентрации ионов. Можно привести конкретные примеры различий. Так, концентрация ионов Na (в миллимолях на 1 кг воды) в морской воде равна 478,3, в теле медузы-аурелии — 474, краба — 488, одного из равноногих раков — 566. То же отмечается и в отношении ионов Mg: в морской воде их концентрация составляет 54,5, в теле медузы-аурелии — 53,0, краба — 44,1, а равноногого рака — всего 20,2. Такие различия могут поддерживаться только при относительной непроницаемости покровов тела. Но некоторое количество этих ионов все же проникает внутрь, в частности с пищей. Поэтому животные должны иметь механизм, который удалял бы одни ионы, а концентрацию других удерживал на более высоком, чем в воде, уровне. Этот механизм заключается в функции выделительных органов.

У пресноводных животных

У обитателей пресных вод возникают трудности иного рода. Пресноводные животные по отношению к окружающей среде являются гиперосмотичными. Физиологические трудности у них двоякого рода. Во-первых, из-за более высокой концентрации жидкостей в организме вода стремится проникнуть внутрь тела. Во-вторых, растворенные вещества стремятся выйти наружу, так как их внутренняя концентрация выше, а входящая вода должна выводиться, унося с собой некоторое количество этих веществ. В этом случае схема будет другой (рис. 11, б). Этих проблем могло бы и не быть, если бы покровы тела были абсолютно непроницаемыми, но таких животных в природе нет. Ведь в любом случае, чтобы обеспечить диффузию газов, дыхательные поверхности должны иметь тонкие мембраны. Как раз через них и происходят утечка растворенных веществ и проникновение воды в организм.

Загрузка...

Рис. 11. Схема движения ионов и воды через мембраны: а — у изоосмотичных окружающей среде организмов; б — у гиперосмотичных организмов; А — ион; - - → — движение ионов, → — движение воды

Как же компенсируются потери растворенных веществ? В какой-то мере с пищей, но главным образом путем прямого поглощения ионов из среды. Поскольку извлеченные из воды ионы продвигаются против градиента концентрации, этот перенос называют активным транспортом. У ракообразных, например, это происходит через жабры. Активный транспорт требует затрат энергии, а следовательно, прежде всего увеличения потребности в кислороде. Обычным способом удержания в организме растворенных веществ является их реабсорбция, т. е. обратное извлечение их из мочи.

И в морской, и в пресноводной среде есть животные, по-разному относящиеся к изменению солености воды. В морях ее соленость понижается в местах впадения в море крупных рек, так называемых эстуариях. Во внутренних водоемах, например озерах, соленость воды может колебаться в самых широких пределах. На противоположных концах шкалы находятся озеро Байкал с его абсолютно пресной водой, и соленые озера типа Мертвого моря (Израиль), где соленость доходит до 60 ‰. По отношению к солености воды животных делят на стеногалинных и эвригалинных. Первые не выносят колебаний солености, вторые же могут выносить их, конечно, в определенных пределах. Материал с сайта http://doklad-referat.com

У наземных животных

Для наземных животных главной физиологической проблемой является обезвоживание. Водный баланс заключается в уравновешивании потерь воды их пополнением. Он складывается из следующих компонентов. Вода теряется при испарении с поверхности тела и дыхательных органов, с экскрементами и мочой, а также с некоторыми другими выделениями. Прибыль воды происходит при питье, поглощении воды через кожные покровы, вместе с пищей, а также за счет образования метаболической воды (при окислении молекул пищи). Воду пьют наземные ракообразные (мокрицы), бабочки и некоторые другие насекомые. Саранча-шистоцерка может пить и пресную, и соленую воду. Для сохранения воды в организме не обязательны в некоторых случаях физиологические адаптации. Так, пустынные членистоногие могут переживать дневную сухость воздуха, прячась в норках и других убежищах, где влажность выше. Сохранению влаги в организме способствует также переход к ночной активности. Это очень характерно для пустынных насекомых. Поглощение воды через кожные покровы происходит у тараканов. Безусловно, пища является основным поставщиком воды для наземных беспозвоночных, особенно насекомых. Питающиеся соками растений щитовки и цикады получают с пищей даже больше воды, чем требуется. Поэтому в их кишечнике имеются так называемые фильтрационные камеры, через которые избыток воды, минуя среднюю кишку, сбрасывается в заднюю и удаляется через анальное отверстие.