Водно солевой обмен гидробионтов кратко

Обновлено: 04.07.2024

По характеру водно-солевого обмена водные организмы (гидробионты) делятся на пресноводных и морских. По способу регуляции осмотического давления гидробионты делятся на следующие группы:

1. Пойкилосмотические. Это организмы, не способные к активной регуляции осмотического давления жидкостей тела. Благодаря проницаемости кожных покровов любые изменения солености немедленно уравновешиваются осмотическим током воды. К пойкилосмотическим относятся цианобактерии, низшие растения и большинство морских беспозвоночных животных.

2. Гомойосмотические. Это животные, способные к активной регуляции осмотического давления. Они способны поддерживать относительное постоянство этого параметра.

Осморегуляция у пресноводных организмов

У пресноводных организмов концентрация минеральных солей в тканях всегда выше, чем в окружающей среде. Поэтому внутрь организма всегда направлен постоянный осмотический ток воды. В таких условиях необходимо постоянно поддерживать водно-солевой гомеостаз. Это достигается активным поддержанием осмотического давления внутри тела. Поэтому пресноводные организмы являются гомойосмотическими.

В целом у позвоночных пресноводных организмов существуют следующие приспособления к обитанию в пресной воде:

1. Морфологические. Строение покровов, затрудняющие проникновение воды через кожу (чешуя, панцирь, слизь). Однако полностью предотвратить осмотическое поступление воды в организм покровные органы не могут.

2. Физиологические. Связаны с активной регуляцией осмотического давления. Поддержание водно-солевого равновесия в организме достигается двумя путями:

а) Активное выведение избытка воды с мочой. Этому способствует особое строение почки у пресноводных рыб.

б) Активное восстановление теряемых с мочой и экскрементами солей. Жаберный эпителий имеет специализированные клетки, которые способны к активному захвату солей из окружающей среды. Кроме того, соли поступают в организм с пищей. У водных личинок насекомых для этих целей служат анальные жабры.

Пресноводные рыбы не пьют воду.

Осморегуляция в море у костистых рыб

Задачи осморегуляции в морской воде прямо противоположны пресноводному типу. В море осмотическое давление внутренней среды организма ниже, чем морской воды. Поэтому организм постоянно обезвоживается.

В связи с этим адаптация к солености у костистых рыб направлена на компенсацию потери воды и выведение избытка солей, а именно:

1. Снижение уровня почечной фильтрации. Этому способствует особое строение почки (уменьшение числа функционирующих нефронов). Поэтому усиленного выведения воды из организма не происходит.

2. Интенсивное обратное всасывание воды из состава первичной мочи. Морские рыбы выделяют небольшое количество мочи, выделяя при этом большое количество солей в концентрированной моче (в основном двухвалентные).

3. Питье воды. Морские рыбы регулярно пьют воду, компенсируя этим потери воды, но получают при этом избыточное количество солей.

4. Выведение избытка солей через кишечник. В кишечнике происходит интенсивное обратное всасывание воды. В результате соли (в основном двухвалентные) концентрируются и выводятся с фекалиями.

По степени солености естественные водоемы условно подразделяются на пресные 0,5% , солоноватые -0,5-16 % , соленые более 16% . По характеру водно-солевого 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.

Функции экскреции и осморегуляции:

1. Удаление отходов метаболизма (побочные продукты).

2. Регуляция ионного состава жидкости тела. Понижение концентрации Ыа ведет к ухудшению нервной координации. Концентрация К +, Мо2+, Со2+, Ре2+, Н+, I, РО3-4, НСОО СТ.

3. Регуляция содержания Н2 в жидкостях тела.

4. Регуляция концентрации Н +, поддержание рН.

Процессы экскреции и осморегуляции:

Ультрафильтрация - удаление из раствора молекул растворителя и растворимых веществ (при фильтрации крови удаляется большинство мелких молекул ионов солей, сахара, мочевины), образуется первичная моча.

Реабсорбция - обратное всасывание из фильтрата молекул растворимых веществ (ионы солей, сахар) и воды в нужных организму количествах. Отходы метаболизма не реабсорбируются. Конечная моча оказывается гипотонической по отношению к плазме крови.

Секреция - процесс активного переноса растворенных веществ из жидкостей тела в фильтрат или окружающую среду. Это приводит к повышению осмотического давления фильтрата и к понижению осмотического давления жидкостей тела.

Конечный результат этих 3-х механизмов (УФ, Р, С) является гомеостат, т.к. он поддерживает константу состава жидкостей тела.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.

1. Пресноводная осморегуляция

Вода поступает в организм пресноводных гидробионтов осмотическим путем через жабры и слизистую пищеварительного тракта.Среди пресноводных нет изотоничных форм, концентрация жидкости в их клетках и тканях выше, чем в окружающей среде. Пресноводные гидробионты гипертоничны, они должны постоянно поддерживать осмотическое давление внутренней среды организма. Они гомойосмотичные.

Механизмом поддержания постоянства осмотического давления является активное выделение избытка воды через почки. Потери солей с мочой и эскрементами компенсируются активным переносом ионов из окружающей среды против градиента концентрации. Процесс этот идет через всю поверхность тела, жабры и с пищей. Почки и жабры представляют собой осморегуляторный механизм.

2.Осморегуляция в море

2.1 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.

2.2 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, во-первых, в почечных канальцах хрящевых рыб идет активная реабсорбция мочевины и до 70-99% 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 мжду гомойо- и пойкилоосмотическими формами.

Функции экскреции и осморегуляции:

1. Удаление отходов метаболизма (побочные продукты).

3. Регуляция содержания Н2 в жидкостях тела.

4. Регуляция концентрации Н +, поддержание рН.

Процессы экскреции и осморегуляции:

1. Пресноводная осморегуляция

2.Осморегуляция в море

2.1 Костные рыбы

2.2 Хрящевые рыбы

Опора деревянной одностоечной и способы укрепление угловых опор: Опоры ВЛ - конструкции, предназначенные для поддерживания проводов на необходимой высоте над землей, водой.

Механическое удерживание земляных масс: Механическое удерживание земляных масс на склоне обеспечивают контрфорсными сооружениями различных конструкций.

Папиллярные узоры пальцев рук - маркер спортивных способностей: дерматоглифические признаки формируются на 3-5 месяце беременности, не изменяются в течение жизни.

По степени солености водоемы условно
подразделяются на пресные с
соленостью менее 0,5 ‰,
солоноватоводные – соленость 0,5-16 и
соленые – больше 16‰.
Соленость океана 32-38‰.
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.

Соленость внутренней среды пресноводных рыб (слева) значительно
выше, чем пресной воды. Поэтому для подержания ее постоянства рыбе
необходимо удалять большое количество воды, проникающей в
организм через внешние покровы, а также поглощать минеральные
элементы (Na, K, Cl и др.) из низкоминерализованной пресной воды.
Напротив, у морских рыб (справа) соленость внутренней среды ниже,
чем морской воды. Поэтому ей приходится поглощать большое
количество воды и удалять из организма содержащиеся в ней
минеральные соли

Пресноводная осморегуляция
Среди пресноводных нет изотоничных форм,
концентрация жидкости в их клетках и тканях выше,
чем в окружающей среде.
Пресноводные гидробионты гипертоничны, они
должны постоянно поддерживать осмотическое
давление внутренней среды организма. Они
гомойосмотичные.

Пресноводная осморегуляция
Механизмом поддержания постоянства осмотического
давления является активное выделение избытка воды через
почки.
Вода поступает в организм пресноводных гидробионтов
осмотическим путем через жабры и слизистую
пищеварительного тракта.
Почки и жабры представляют собой осморегуляторный
механизм.

Пресноводная осморегуляция
Потери солей с мочой и эскрементами
компенсируются активным переносом ионов
из окружающей среды против градиента
концентрации.
Процесс поступления солей идет через всю
поверхность тела, жабры и с пищей.

Осморегуляция в море
1 Костные рыбы
Задачи осморегуляции в море обратны пресноводному
типу: в море концентрация солей несколько выше,
чем в организме. Поэтому 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.

Осморегуляция в море
1 Костные рыбы
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.

Осморегуляция в море
2 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, во-первых, в почечных канальцах
хрящевых рыб идет активная реабсорбция мочевины, и до 70-99%
мочевины возвращается из первичной мочи в кровь, повышая ее
суммарное осмотическое давление.

Осморегуляция в море
2 Хрящевые рыбы
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.

Осморегуляция и жизненный цикл
Чаще всего, даже если система осморегуляции животного развита
хорошо, это не относится к его же молоди (малькам, личинкам первых
возрастов и т.п.). Уже потому, что они мельче, имеют более тонкие
покровы и более быстрый метаболизм. Поэтому организмы организуют
свое размножение и жизненный цикл так, чтобы молодь обитала (по
возможности) в условиях стабильного соленостного оптимума.
Яйцам легче, чем молоди – как правило, их желточная оболочка
устроена так, что почти непроницаема для ионов и даже воды.
Кстати, по тому, где живет молодь у данного вида, легко понять, какого
он происхождения. Виды пресноводного происхождения размножаются
в пресной воде, даже если потом живут в морской (как осетровые и
лососевые рыбы, а также солоноватоводные жуки и клопы). Наоборот,
выходцы из моря плывут размножаться в море, даже если живут в реках
и эстуариях (как угорь, многие солоноватоводные крабы и
креветки Macrobrachium).

Как уже можно догадаться, практически у всех животных осморегуляция и выделение
продуктов собственного обмена веществ не просто тесно взаимосвязаны, но отчасти
обеспечиваются работой одной и той же (выделительной) системы. Выделение, таким
образом, параллельно решает два вопроса: удаление излишних солей (у морских
животных) или воды (у пресноводных) и удаление излишних продуктов разложения
пищи.
Кратко о том, что получается при разложении пищи. Пища – это в основном углеводы,
белки, жиры и сопутствующая им вода. При ее окончательном (клеточном) разложении
больше всего получается воды и углекислоты. Излишки воды опять же удаляются
выделительной системой, но с ними все понятно. Удаление углекислоты (и получение
молекулярного кислорода для дальнейшего разложения пищи) – забота дыхательной
системы. Кроме того, высвобождается энергия (которая и является целью всего процесса
– она затем запасается с помощью АТФ и используется на всевозможную
жизнедеятельность). Но еще все белки содержат довольно много азота, а его в воде не
растворишь и с газами не выведешь. Поэтому азот специально переводится в удобные
для растворения соединения и выбрасывается через выделительную систему. Эти
соединения у разных животных – аммиак, мочевина и мочевая кислота. Аммиак создать
проще, но он токсичен и не должен накапливаться в больших концентрациях, для его
разбавления и выведения расходуется много воды. Это путь пресноводных животных,
которым воду экономить не приходится. Мочевину можно выводить в больших
концентрациях с меньшим числом воды (так делают, например, морские хрящевые
рыбы и млекопитающие). Мочевую кислоту можно водой почти не разбавлять, это путь
наиболее жесткой экономиии воды (используется в основном у наземных животных –
насекомых, рептилий и птиц).

Итак, какие структуры породила эволюция для выделения и осморегуляции?
Это не помешало
им приспособиться как к
морским, так и к пресным
водам, но эвригалинных
форм среди них мало.
Основные органы
выделения –
сократительные вакуоли,
выпрыскивающие во
внешнюю среду жидкости
с излишками обмена
веществ.
Простейшие (одноклеточные
организмы) имеют лишь один
барьер осморегуляции –
клеточный.

Губки и кишечнополостные.
Не имеют специальных систем выделения, кроме тех, которые создают
ток воды через их ткани (у губок).
Фактически, каждая клетка имеет дело непосредственно с внешней
средой и выводит продукты своего обмена прямо в нее (как и у
простейших).
Эвригалинных губок и кишечнополостных, кажется, нет.

Плоские и круглые черви.
Снабжены протонефридиями – многоклеточными аналогами
сократительных вакуолей, накапливающими межклеточную жидкость и
выпрыскивающими ее вовне.
Осморегуляции тут тоже нет, с одной существенной оговоркой: кутикула
многих нематод достаточно слабопроницаема даже для воды, что
позволяет им легко выдерживать временные изменения солености
(например, в эстуариях) и проявлять, таким образом, известную
эвригалинность.

Кольчатые черви.
Имеют метанефридии, в которые поступает жидкость из
целомической полости, и имеющие систему дополнительной
закачки ионов обратно в кровь (в пресной воде, где их нужно
экономить) или из крови в нефридий (в морской воде, где от
них нужно избавляться).
Все же способности аннелид к осморегуляции довольно
слабы, и эвригалинных форм среди них мало.

Моллюски.
Имеют специальный орган (почку) для накопления полостной жидкости и
вторичной ее трансформации (закачки или откачки нужных ионов).
Жидкость в почку фильтруется из кровеносной системы, а из почки
выводится в мантийную полость.
Мягкие и очень проницаемые покровы моллюсков не способствуют
эффективной осморегуляции. Существенных успехов в этом направлении
достигли только те, кто применяет в качестве дополнительных покровов
раковину (которая непроницаема ни для чего вообще).
Брюхоногие и двустворки, с хорошо развитой раковиной, имеют довольно
много пресноводных видов (с эффективной гиперосмотической
регуляцией), и даже немного эвригалинных (хотя в ограниченных
пределах).
Напротив, головоногие, отказавшиеся от раковины, осморегулируются
плохо и живут только в полносоленых морях.

Иглокожие.
Не имеют никаких систем осморегуляции и
не способны адаптироваться к изменениям
солености.
Более того – за всю свою эволюцию они так
и не смогли выйти в пресные и даже
солоноватые воды.

Ракообразные.
Обычно имеют свой аналог почек – так называемые антеннальные,
или зеленые железы, открывающеся на голове.
Они также накапливают фильтрат из крови, вылавливают из него
ценные ионы и выбрасывают наружу. Кроме того, у многих видов
активный транспорт ионов из воды в кровь осуществляет эпителий
жабр.
Однако, способность к осморегуляции в пределах класса очень
сильно варьирует – от мелких морских рачков, практически не
имеющих ни кровеносной, ни почечной системы и полностью
пойкилоосмотичных, до пресноводных и наземных форм с
существенной осморегуляцией, вплоть до абсолютно эвригалинных
жаброногов Artemia.
Больше всего эвригалинных форм именно среди ракообразных.

Насекомые.
Поскольку возникли на суше, изначально имеют мощные системы экономии
влаги – плотные наружние покровы (почти не пропускающие даже воду) и
так называемые мальпигиевы сосуды, удаляющие продукты азотистого
обмена в очень концентрированном виде, почти без воды.
В крови насекомых много мочевины, что позволяет поддерживать высокую
осмотичность крови при дефиците неорганических ионов. При этом
насекомые плохо приспособлены к активному удалению ионов и почти не
живут в море, но прекрасно заселяют пресные воды, главным образом на
стадии личинок.
У пресноводных личинок для дыхания обычно развиты специальные
тонкопокровные выросты (жабры); в них же происходит активная закачка
ценных ионов из воды.
Некоторые виды насекомых вышли также в солоноватые воды, а несколько
видов – даже в гипергалинные (пересоленные), осуществляя
гипоосмотическую осморегуляцию.

Рыбы.
Также имеют хорошо развитые почки, осуществляющие
активный транспорт ионов в нужном направлении и
обеспечивающие эффективную осморегуляцию.
Покровы рыб не очень плотны, зато относительно большие
размеры помогают поддерживать неплохой ионостаз.
Рыбы не только дали большое число как морских, так и
пресноводных видов.
Некоторые из них, словно насмехаясь над проблемой
осморегуляции, активно мигрируют из морей в реки и
обратно (как лососи), а также заселяют эстуарии (как
колюшки и камбалы).

Пассивный солевой обмен. Физико-химические процессы выравнивания концентраций ионов, находящихся по обе стороны покрова организмов, тем интенсивнее, чем сильнее ионный состав организма отличается от того, какой имеется в окружающей среде, и тем слабее, чем менее проницаемы для ионов покровы тела. Как правило, морские организмы по сравнению с окружающей водой богаче калием, но беднее магнием и сульфатами.

Сохранение определенного солевого состава соков у гидробионтов возможно прежде всего благодари малой проницаемости покровов в отношении различных веществ, которая зависит от величины и степени поляризации растворенных частиц. Чем меньше частицы, тем они легче проходят через оболочки, а частицы с нулевой полярностью проникают легко вне зависимости от их величины. Труднее проникают поляризованные молекулы. Их полярность, как известно, определяется тем, что электрические заряды распределены между атомами неравномерно: в одной части молекулы могут преобладать положительные заряды, в другой - отрицательные. Степень полярности молекул определяется дипольным моментом - произведением величины разноименных зарядов на расстояние между ними.

Особенно велик дипольный момент у электролитов, и потому они наиболее трудно проникают через клеточные оболочки. Меньшей полярностью и, следовательно, большей проницаемостью обладают карбоксильные, гидроксильные и аминные группы. Неполярны углеводородные группы (СН₄, CH₂). Молекулы воды, обладающие полярностью, легко проникают сквозь клеточные оболочки, очевидно, вследствие своего небольшого размера. Различием скорости проникновения через покровы ионов электролитов и молекул воды объясняется изменение веса животных после осолонения или опреснения воды. В случае резкого осолонения среды осмотическое равновесие достигается не столько поступлением ионов в организм, сколько миграцией воды наружу, и вес животных уменьшается. Резкое опреснение среды сопровождается выравниванием осмотического градиента а первую очередь за счет проникновения воды внутрь тела, и вес организмов увеличивается. Постепенно выравнивание давлений все и большей степени обусловливается миграцией ионов, и вес животных в сильно опресненной или осолоненной воде возвращается к норме.

Скорость миграции ионов через клеточные мембраны с повышением температуры возрастает и, следовательно, в этих условиях пассивный солевой обмен гидробионтов заметно увеличивается. Это имеет большое экологическое значение для многих водных организмов, так как влияет на их выживаемость в средах с высокой и низкой соленостью.

Активный солевой обмен. Механизмы активного солевого обмена не только поддерживают определенный уровень общего содержания солей в жидкостях тела, но, что не менее важно, обеспечивают стабильность концентрации в организме отдельных ионов и их соотношения.

Активный солевой обмен, связанный со способностью некоторых клеток захватывать ионы из воды или выделять их из тела вопреки физико-химическим силам, свойствен как растениям, так и животным. У планктонной сифонной водоросли Halicystisи диатомовой Entomodiscusrex, прослежено избирательное выведение из клеток тяжелых ионов Mg, Ca и SO₄, благодаря чему повышается их плавучесть.

Содержание К + в теле S. ambiquumвсе время оставалось примерно в 10 раз более высоким, чем в воде, а концентрация Na+ увеличивалась всего с 1,08 до 1,49 мМ/л, в то время как в среде она возрастала от 1,2 до 4,1 мМ/л. Рачок Pontogammarusrobustoidesрегулирует уровень К+ при колебании его содержания в воде от 20 до 120 мг/л (Иоффе, 1958), водяной ослик Asellusaquaticusподдерживает постоянство концентрации в своем теле Na + при содержании этого иона в воде свыше 90 мМ/л. Большим постоянством концентрации различных ионов отличаются ткани рыб.

У пресноводных гидробионтов стабильная концентрация ионов в теле связана с их сорбцией клетками, лежащими на поверхности тела или в специальных экскреторных органах. Ручейники Limnophilusaffinisдля повышения концентрации ионов заглатывают окружающую воду и выделяют гипотоничную ректальную жидкость, образующуюся в мальпигиевых сосудах. Таким же образом обеспечивается ионная регуляция у личинок вислокрылки Sialis.

Читайте также: