Солевой состав

Одной из основных проблем, которые приходится решать всем водным обитателям, независимо от сложности их организации, является регуляция осмотического давления. Осмотическое давление развивается в результате диффузии молекул воды через полупроницаемую мембрану живых клеток. В его основе лежит свойство мембран избирательно пропускать молекулы одних веществ и задерживать молекулы других.

При разной концентрации солей по обе стороны мембраны, например внутри клетки и вне ее, диффузия молекул воды в область большей концентрации солей возрастает. Так как концентрация растворимых веществ и белков в клетке больше, чем в пресной воде, пресноводные организмы вынуждены проделывать огромную работу по удалению избытка проникающей в их тело воды. Одним из эволюционных приспособлений, направленных на ограничение проникновения воды в ткани пресноводных рыб, является меньшая, чем у морских рыб, концентрация солей в их крови и тканевых жидкостях. Кроме того, пресноводные рыбы обладают развитыми почками, обеспечивающими удаление избытка воды из организма. Моча этих животных содержит меньше солей, чем кровь и тканевые жидкости.

Внутренняя среда морских костистых рыб, напротив, содержит меньше солей, чем внешняя среда, поэтому осморегуляция этих животных направлена на удержание в организме воды. Эта задача оказывается более простой, однако рыбы вынуждены поглощать значительные объемы морской воды. В течение суток морские костистые рыбы "выпивают" количество воды, достигающее ¹/₅ от веса их тела. Роль почек у этих рыб сводится, главным образом, к выведению вредных продуктов азотистого обмена и регуляции ионного баланса.

Роль растворимых в воде солей далеко не ограничивается их влиянием на осмотические свойства среды и водный обмен у рыб. Не менее важное значение имеет качественный состав солей и соотношение различных ионов. Для каждого организма характерен определенный солевой состав, поддержание которого требует выведения одних ионов и накопления других. Этот обмен происходит путем поглощения солей с пищей и их выведения с мочой; отчасти он осуществляется и через покровы тела.

Ионный состав организма рыб резко отличается от содержания и соотношения ионов в окружающей среде. Благодаря этому происходит пассивный обмен, который, правда, во многом определяется проницаемостью покровов тела. Другой путь регуляции минерального обмена у рыб связан с активной деятельностью особых клеток, расположенных в жабрах. Интересно, что в полном соответствии с описанными выше требованиями осморегуляции у пресноводных рыб эти клетки служат для захвата ионов натрия из внешней среды, в то время как у морских рыб с помощью этих клеток ионы натрия выводятся наружу.

Одним из жизненно необходимых для каждой клетки любого животного организма элементов является калий. В то же время калий - это один из наиболее вредных элементов, избыток которого вызывает гибель клеток. Тем не менее для нормального протекания обменных процессов содержание калия в клетках тела рыб должно быть несколько выше, чем в окружающей среде. Токсичное действие чрезмерно высоких концентраций калия в среде часто проявляется в развитии параличей и гибели рыб. Оно может быть предотвращено путем добавления ионов кальция, уменьшающих проницаемость клеток и способствующих выходу из них калия.

Часто роль растворенных в воде солей сводится к их косвенному влиянию на рыб через пищевые цепи. Так, выносимые реками и вымываемые из грунта в результате вертикальной циркуляции соли играют огромную роль в развитии планктонных и бентосных организмов. К основным минеральным компонентам среды относятся фосфорные и азотные соли, что связано с той незаменимой ролью, которую в живых клетках играют молекулы, содержащие атомы фосфора и азота. Немногим меньшее значение имеют уже упомянутые калий и кальций, а также сера и магний. В последнем кроме животных огромную потребность испытывают растения, так как этот элемент совершенно необходим для биосинтеза хлорофилла. Действие солей усиливается с повышением температуры, что связано с возрастанием интенсивности обменных процессов. В меньших количествах, но не в меньшей мере необходимы так называемые микроэлементы - кобальт, марганец, медь, цинк, бор, йод, кремний и некоторые другие.

Многие растворенные в воде вещества следует отнести к ядовитым или вредным. Это сероводород, углекислый газ и аммиак - естественные продукты, образующиеся в водоемах, а также соединения тяжелых металлов, неорганические и органические продукты стоков промышленных предприятий. Последняя группа ядов в условиях аквариума, естественно, не встречается.

Нужно отметить уже упомянутую роль карбонатной системы в стабилизации концентрации водородных ионов. Углекислые соли двухвалентных катионов кальция и магния, обладая, в известной мере, буферными свойствами, уменьшают изменение рН при подкислении или подщелачивании воды. Особенно значительными буферными свойствами обладает морская вода. В то же время лишенная этих свойств мягкая вода резко изменяет кислотность уже при добавлении незначительных количеств кислоты или щелочи. Подобные резкие колебания рН обычно плохо переносятся водными организмами (гидробионтами) и нередко являются причиной их гибели.