Биология. В 3-х томах. Т. 3

19.3.4. Влияние окружающей среды на экскрецию и осморегуляцию

Для различных групп организмов характер окружающей среды создает определенные проблемы осморегуляции. Многие водные организмы, живущие в гипертонической среде, теряют воду путем осмоса и поглощают растворенные вещества путем диффузии. Потеря воды возмещается разными способами, включая питье и потребление пищи, но при этом повышается также концентрация в организме солей и возникает необходимость удаления их избытка путем активного транспорта. Организмы, живущие в гипотонической среде, напротив, поглощают воду путем осмоса и теряют растворенные вещества за счет диффузии. Уменьшить этот обмен нередко помогает организмам непроницаемый наружный покров, а потерю солей приходится возмещать путем их активного поглощения из окружающей среды.

Все наземные организмы сталкиваются с проблемой потери воды и растворенных веществ из жидкостей тела в окружающую среду. Постоянство состава внутриклеточной жидкости поддерживается у этих организмов путем регуляции состава внеклеточной жидкости специализированными осморегуляторно-экскреторными органами, такими как мальпигиевы сосуды и почки. Количество получаемых и выделяемых молекул воды и ионов должно быть сбалансировано. Проблемы водного баланса будут рассмотрены в разд. 19.4.

Адаптация к сильнозасушливым условиям

Кенгуровая крыса (Dipodomys) выделяется среди млекопитающих своей удивительной способностью переносить засушливые условия, существующие в пустынях Северной Америки. Она прекрасно чувствует себя в этих условиях благодаря уникальному сочетанию морфологических, физиологических и поведенческих адаптаций. 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-Ниельсен в своих классических исследованиях, суммированных в табл. 19.4, измерил водный баланс у кенгуровой крысы, весящей 35 г и съедающей 100 г ячменя, в экспериментальных условиях (при 25 °С и относительной влажности 20%). Единственным источником воды для нее в течение исследуемого периода служили зерна ячменя.

Таблица 19.4. Водный обмен у кенгуровой крысы в экспериментальных условиях. Животное получало только ту воду, которая содержалась в пище

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 были рассмотрены в разд. 18.4.7.

19.4. Филогенетический обзор органов и процессов, участвующих в выделении азотистых веществ и в осморегуляции

При рассмотрении этого вопроса нужно иметь в виду следующие моменты:

1) на характер выводимого продукта и на процесс осморегуляции влияет окружающая среда;

2) в некоторых группах организмов имеются виды, приспособленные к жизни в разных условиях;

3) некоторые организмы способны переносить значительные колебания внешних условий.

19.4.1. Простейшие

Простейшие обитают в пресной и морской воде, а также в жидкостях тела других организмов. Внутриклеточная жидкость у простейшего отделена от внешней среды только полупроницаемой плазматической мембраной. Выделение СО₂ и аммиака происходит путем простой диффузии через всю поверхность клетки. Удалению отходов метаболизма способствует высокое отношение поверхности к объему.