Биология в 3 томах. Tом 3 - Тейлор Д.
ISBN 5-03-003687-3
Скачать (прямая ссылка):
20.3. Выделение азота и
осморегуляция у некоторых
ЖИВОТНЫХ
Следует всегда помнить, что на природу экскретов и механизмы осморегуляции влияет окружающая среда. Выделение азотистых катаболитов обычно связано с проблемами получения и потерь воды организмом, а значит, со структурами, участвующими в осморегуляции. Следовательно, логично рассматривать оба эти процесса вместе.
20.3.1. Влияние окружающей среды на осморегуляцию
Внутренняя среда многих водных организмов характеризуется более высоким водным потенциалом, чем окружающая среда (т. е. жидкости тела более разведены). Следовательно, происходит непрерывная «откачка» воды изнутри путем осмоса. Потери воды возмещаются разными способами, включая питье и потребление пищи. Если водный потенциал тела выше, чем у окружающей среды (внутри среда более концентрированная), то вода путем осмоса поступает внутрь. Чтобы свести к минимуму такие изменения, многие организмы окружены водонепроницаемыми покровами.
Все наземные организмы сталкиваются с проблемой потери воды из жидкостей тела в окружающую среду. Постоянство состава внутриклеточной жидкости поддерживается у этих организмов путем регуляции состава внеклеточной жидкости специализированными осморегуляторно-экс-креторными органами, такими как мальпигиевы сосуды (трубочки) и почки. Количество получаемых и выделяемых молекул воды и ионов должно быть сбалансировано. Проблемы водного баланса подробно рассмотрены в разд. 20.6.
_Экскреция и осморегуляция 9
Осморегуляция подразумевает также поддержание оптимальной для той или иной жидкости концентрации растворенных веществ путем их диффузии и активного транспорта.
Адаптация к сильнозасушливым условиям
Кенгуровая крыса (Dipodomys) выделяется среди млекопитающих своей удивительной способностью переносить засушливые условия, характерные для пустынь Северной Америки. Она прекрасно чувствует себя в этих условиях благодаря уникальному сочетанию морфологических, физиологических и поведенческих адаптации. Потеря воды с выдыхаемым воздухом снижается у нее за счет того, что выдыхаемый воздух имеет более низкую температуру, чем внутренние области тела. При вдохе воздух забирает тепло в носовых ходах и охлаждает их. Во время выдоха водяные пары, содержащиеся в теплом воздухе, конденсируются на слизистой носа, и таким образом вода задерживается. Питается кенгуровая крыса сухими семенами и другой сухой растительной пищей и совсем не пьет. Единственные источники воды для нее — это вода, образующаяся в организме в процессе тканевого дыхания, и те очень малые количества воды, которые содержатся в пище. Шмидт-Нильсен в своих классических исследованиях, суммированных в табл. 20.2, измерил водный баланс у кенгуровой крысы, весящей 35 г и съедающей 100 г ячменя в экспериментальных условиях (при 20 0C и относительной влажности 20%). Единственным источником воды для нее в течение исследуемого периода служили зерна ячменя.
Таблица 20.2. Водный обмен у кенгуровой крысы в экспериментальных условиях. Животное получало только ту воду, которая содержалась в пище
Источник
Количество,
Потери
Количество,
воды
мл
воды
мл
Тканевое
С мочой
13,5
дыхание
54,0
Пища
6,0
С фекалиями
2,6
Испарение
43,9
Всего
60,0
Всего
60,0
БОТАНИКА
ММА им. И.М. Сеченова
Д. Тейлор, Н. Грин, У. Стаут. БИОЛОГИЯ, т. 3
10 Глава 20
Наконец, в природных условиях кенгуровая крыса избегает потери воды за счет ее испарения, проводя много времени в относительно влажной атмосфере подземной норы.
Другой поразительный пример сохранения воды — водный баланс верблюда, физиологические адаптации которого рассмотрены в разд. 19.5.7.
20.3.2. Простейшие
Простейшие — это одноклеточные животные, относящиеся к царству протистов, или проток-тистов (разд. 2.8.4). Они обитают в пресной и морской воде, и на их примере мы рассмотрим основные проблемы осморегуляции, с которыми сталкиваются животные клетки. Если бы животная клетка, не способная к осморегуляции, попала в окружающую среду с более высоким или более низким водным потенциалом, то она погибла бы, как эритроциты, изображенные на рис. 5.19. Поскольку с простейшими этого не происходит, мы приходим к заключению, что они способны к осморегуляции. Внутриклеточная жидкость у простейшего отделена от внешней среды только полупроницаемой плазматической мембраной (плазмалеммой).
Экскреция
Выведение диоксида углерода и аммиака происходит путем диффузии через всю клеточную поверхность. Ее площадь по сравнению с объемом организма относительно велика и это способствует удалению конечных продуктов обмена.
Осморегуляция у пресноводных видов
Напомним: чем более концентрированный раствор, тем ниже его водный (и осмотический) потенциал (разд. 5.9.8). Если клетка находится в водной среде, то вода движется через плазмалем-му туда, где этот потенциал ниже.
У всех пресноводных простейших водный потенциал ниже, чем у окружающей среды (клеточный раствор более концентрированный). Следовательно, вода под действием осмотического давления должна постоянно поступать в клетку через плазмалемму. Однако все пресноводные виды простейших обладают специальными осморегуляторными органеллами — сократительными вакуолями. Эти органеллы необходимы для удаления воды, поступающей в клетку путем осмоса через клеточную мембрану. Они участву-
