Борис Сергеев - Жизнь океанских глубин
Все высшие позвоночные, приспосабливаясь к жизни в океане, вынуждены были решать вопросы водоснабжения и солевого обмена. Морская вода, которую им приходится пить, во время еды проникает в их желудочно-кишечный тракт, хотя, прежде чем проглотить, пищу стараются хорошенько отжать. С пищей в их организм попадает много солей, так как морские беспозвоночные и водоросли находятся в осмотическом равновесии с морской водой. Этой пищей питаются даже исполины. В их числе крупный тюлень-крабоед. Его меню составляют отнюдь не крабы, а мелкие планктоновые ракообразные, так называемый криль.
Моржи — большие любители двустворчатых моллюсков и прочей донной мелочи. Наконец, морские левиафаны — голубые и прочие беззубые киты утоляют голод планктонными организмами, чаще всего все тем же крилем. Гораздо легче живется хищникам, питающимся рыбой. В ее теле в три раза меньше солей, чем в океанской воде, и рыбоядные существа не испытывают чрезмерных трудностей с водоснабжением.
Переселившись в царство Посейдона, высшие млекопитающие обзавелись мощными опреснителями. Опресняется отнюдь не вода, поступающая в их желудок, а кровь. Это вынуждает животных пользоваться высокопроизводительными опреснительными установками. Кровь должна оперативно освобождаться от попадающих в нее солей, иначе их концентрация в тканевых жидкостях превысит допустимый уровень и вызовет необратимые изменения в организме.
Высшие позвоночные создали опреснители двух типов. Рептилии и птицы приобрели совершенно оригинальную установку, ранее никем из животных не употреблявшуюся. Она быстродействующая и включается в работу по мере надобности в ответ на солевую нагрузку. Опреснитель получил название солевой железы. Местоположение очистных сооружений не совсем традиционно. Мы привыкли, что у высших животных командный пункт организма и все важнейшие органы чувств сосредоточены на голове животного, а все «грязные» цеха и грязевые стоки отнесены на задний конец туловища животного. Солевая железа — исключение. Она всегда располагается на голове, где-то в районе носа.
Солевые железы вырабатывают жидкость с высоким содержанием ионов натрия и хлора. В выделениях змеи морской пеламиды концентрация натрия на 30 процентов выше, чем в морской воде, у морских черепах ридлей — на 60, а концентрация калия в три раза выше, чем в океане. Секрет солевых желез может содержать натрий в концентрации, в 190 раз превышающей его количество в крови, а его секреция способна осуществляться со скоростью 0,19 кубического сантиметра в час.
Солевые железы птиц находятся над каждым глазом в специальном углублении черепных костей. У наземных птиц, имеющих постоянный доступ к пресной воде, они совсем маленькие, зато у морских, вынужденных пить соленую воду, железы развиты хорошо. Солевые железы своеобразно устроены. Мембраны секреторных клеток собраны в глубокие складки, направленные от основания клеток к их вершинам. В результате образуются узкие каналы, как бы проходящие через всю клетку. Тут же находится масса тонких митохондрий, энергетических агрегатов, обеспечивающих процесс секреции необходимой энергией.
Состав выделяемой солевыми железами жидкости строго постоянен и не зависит от количества поступивших в организм солей. Меняется лишь ее общее количество, так как железа или совсем бездействует, или выделяет секрет с высокой концентрацией натрия. Как только кровь очистится от солей, железа прекращает работу. Никаких органических веществ она не выделяет, только электролиты, причем калия в среднем в 30 раз меньше, чем натрия.
Птицы, питающиеся морскими беспозвоночными, продуцируют более концентрированный секрет, чем рыбоядные. В выделениях солевой железы серебристой чайки натрия в полтора, а калия в два с половиной раза больше, чем в морской воде. Темп секреции — 0,6 кубического сантиметра жидкости в минуту на 1 грамм железы.
У морских змей протоки желез открываются в полость рта, и змеям приходится систематически «выплевывать» соленую жидкость. У птиц секрет солевых желез сливается в полость носа и, вытекая из носовых отверстий, повисает на кончике клюва в виде крупных прозрачных капель, которые птица время от времени стряхивает. Когда секрета вырабатывается слишком много, птицы чихают, широко разбрызгивая скапливающуюся в полости носа жидкость. Если морскую птицу накормить очень соленым кормом, через 10–12 минут из ее носа начинает капать. Такое впечатление, будто у нее сильный насморк.
У черепах, сухопутных змей, ящериц и крокодилов проток солевой железы открывается в угол глаза. Давно уже замечено, что крокодилы умеют плакать крупными прозрачными слезами. Съев очередную жертву, хищник «оплакивает» ее. Отсюда возникло крылатое выражение «крокодиловы слезы» как символ высшего лицемерия. И только в наши дни стала ясна их причина: так организм рептилий освобождается от излишка солей, поступивших с водой и пищей.
Умеют плакать и черепахи. Выкопав ночью на уединенном пляже ямку, морские черепахи начинают откладывать туда яйца, а из их глаз скатываются слезинки. Это начинает давать о себе знать потеря влаги за счет усиленного испарения воды у непривычных к сухопутным прогулкам рептилий и повышение концентрации солей в крови.
Возвращаясь обратно в море, черепахи продолжают ронять на сухой песок крупные соленые слезы. Грустят ли они, расставаясь с родными местами? Оплакивают ли брошенное на произвол судьбы потомство? Нет, конечно. Просто их солевые железы заняты своей обычной работой. Морские черепахи — большие плаксы, но разве в воде заметишь слезы?
У морских млекопитающих роль опреснителей взяли на себя почки. В отличие от человека и большинства млекопитающих почки ластоногих, сирен и китообразных способны выделять соли в более концентрированном виде, чем в океанской воде. Например, количество хлора в моче кита в полтора раза больше, чем в морской воде. Способность почек концентрировать соли такова, что кит, выпив литр морской воды, может избавиться от всех находившихся в ней солей, сконцентрировав их в 650 кубических сантиметрах мочи. В результате в его организме останется 350 кубических сантиметров пресной воды, пригодной на все случаи жизни.
Почки человека с такой работой не справятся. Человеку, выпившему один литр морской воды, чтобы удалить из организма все внесенные с нею соли, потребуется 1 литр 350 кубических сантиметров мочи. Таким образом, человек не может утолить жажду морской водой. Ее использование приведет лишь к обезвоживанию организма.
Зоологи не знают, пьют ли киты или довольствуются той водой, которая содержится в их пище, в теле рыб, моллюсков или ракообразных. Американские ученые 45 дней содержали калифорнийских морских львов вне бассейна, кормили одной рыбой, а воды не давали вовсе, но этот суровый режим никак не сказывался ни на аппетите, ни на настроении животных. Такое же состояние сохранялось у морских львов, если вместо рыбы они получали кальмаров, а ведь в теле морских моллюсков солей значительно больше, чем в тканях рыб.
У самок млекопитающих в период лактации и выкармливания потомства молоком потребность в воде резко возрастает. К морским млекопитающим это не относится. В их молоке мало воды. Например, молоко тюленя Уэдделла в самый разгар периода лактации содержит 58 процентов жира, 20 — белков и только 27 — воды.
Итак, животные блестяще справились с освоением Мирового океана. Здесь в достаточно концентрированном растворе солей, вполне пригодном для засолки огурцов, возникло удивительное по разнообразию и богатству сообщество живых организмов. Освоение океана — впечатляющий пример способности всего живого приспосабливаться к самым необычным условиям существования.
Глоток кислорода
Все живые существа нуждаются в пище. Она необходимый источник энергии для поддержания всех функций организма, а также как материал для построения и обновления клеточных структур. Главным способом получения энергии является окисление пищевых веществ, а для окисления, как известно, требуется кислород. Мы познакомились с тем, как распределены в океане пищевые ресурсы. Теперь настало время рассказать, где подданные Посейдона берут необходимый им кислород, как он попадает в океанские глубины.
Все газы способны растворяться в воде. В воду природных водоемов они попадают из атмосферы Земли. Их растворимость зависит от многих причин. Среди важнейших — доля данного газа в исходной газовой среде или, точнее, его парциальное давление[3]. Больше всего в ней азота, 78,09 процента. На втором месте кислород — 20,95. Остальные газы находятся в мизерных количествах. Инертных газов всех скопом 0,93, причем львиная доля падает на аргон, а углекислого газа всего 0,03 процента. Принято говорить, что растворенный в воде газ находится под тем же парциальным давлением, которое он создавал в соприкасающейся с ней атмосфере. Это объясняет, почему в воде океанов больше всего азота и меньше всего углекислого газа, а кислорода примерно в 4 раза меньше, чем азота.
