Метаболічна роль кальцію та шляхи його надходження в організм гідробіонтів

Кальцій відіграє важливу роль у формуванні кісткового скелету, регуляції проникності клітинних мембран. Йому належить важлива роль у функціонуванні нервової, м'язової і залозистих тканин, синаптичній передачі, молекулярном механізмі м'язевих скорочень, у ферментативних реакціях, пов'язаних з процесами тканинного дихання і гліколізу.

Близько 1,5 млрд т його солей, що надходять в моря ; океани з річковим стоком, засвоюються у процесі життєдіяльності гідробіонтами. При цьому більшість морських і прісноводних організмів можуть накопичувати і концентрувати кальцій в окремих органах і тканинах.

Основним джерелом кальцію для безхребетних є кальцій води, оскільки ці організми можуть його утилізувати безпосередньо з водного середовища. Встановлено, що протягом 74 днів звичайний ставковик (Limnaea stagnalis) може утилізувати з води до 80 % кальцію. Інтенсивність використання кальцію залежить як від його вмісту у воді, так і від її загальної мінералізації. У м'якій воді ці молюски отримують з води лише 30 %, а з кормом -70 % кальцію, що надходить в організм. У збагаченій кальцієм воді ці джерела відіграють однакову роль.

Карбонати кальцію практично не засвоюються водяними рослинами і тваринами. Деякі водяні рослини в процесі фотосинтезу можуть істотно впливати на карбонатно-кальцієву рівновагу водойм, обумовлюючи тим самим випадіння карбонату кальцію в осад. У період інтенсивного фотосинтезу, в сонячні літні дні можна спостерігати, що на листках елодеї, рдесника блискучого та інших водяних рослин осідає у вигляді інкрустації карбонат кальцію. Найбільше вищі водяні рослини утилізують з води кальцію в період їх вегетації. Так, при повітряно-сухій фітомасі 40 т/га очерет звичайний утилізує до 200 кг/га кальцію. У заростях елодеї протягом 10 год світлової частини доби випадає в осад до 2 кг сполук кальцію на 100 кг сухої маси. Наведені дані свідчать про важливу роль вищих водяних рослин не тільки в процесах утилізації, але й у кругообігу кальцію в гідросфері. Слід, однак, зазначити, що при всій важливості кальцію для нормального розвитку рослин його надмірне надходження у водойми може спричинити збіднення флори. Так, у водоймах, розташованих поблизу виробництв з переробки мармуру, поряд із значним підвищенням вмісту кальцію у воді спостерігається деградація фітоценозів.

Особливо важливу роль відіграє кальцій у метаболічних процесах безхребетних, які можуть утилізувати Са²⁺ безпосередньо з води. Так, у креветок поглинається зябрами до 90 % кальцію, що надходить в їх організм. Прісноводні молюски засвоюють більшу частину кальцію, який іде на побудову 3 пепашки, безпосередньо з води за допомогою спеціальних літин мантії. Цим шляхом молюски можуть утилізувати до 80—90 % кальцію, і лише 10—20 % вони отримують за рахунок надходження з кормом. У молюсків, які живуть у воді з низьким вмістом кальцію, це співвідношення різко змінюється на користь кормових надходжень. Важливе значення для життєдіяльності безхребетних має не тільки вміст кальцію у воді, але і його співвідношення з іншими катіонами, зокрема, натрієм і калієм.

На відміну від хребетних тварин, у яких обмін кальцію в опірних тканинах більш тісно пов'язаний з обміном фосфору, для безхребетних характерним є утворення карбонатних сполук кальцію, які використовуються для побудови панцира. В той же час фосфор відіграє важливу роль у засвоєнні кальцію організмом. Висока інтенсивність обміну кальцію у безхребетних визначає і їх вимоги до екологічних умов середовища. Встановлено, що молюски уникають водойм, в яких вміст кальцію у воді менший від 2 мг/дм³, а ракоподібні можуть нормально розвиватись при дещо меншій його концентрації — 1,7 мг/дм³. В умовах антропогенного впливу на водні екосистеми, яке супроводжується значним зменшенням концентрації кальцію (на фоні зростання у воді вмісту інших елементів), видове різноманіття і чисельність безхребетних різко знижується. В той же час збагачення води солями кальцію до оптимальних значень позитивно впливає на їх розвиток, зокрема у молюсків збільшується не тільки черепашка, але й питома вага м'яких тканин.

Прісноводні молюски можуть витримувати вищі концентрації кальцію у воді, ніж морські. Так, Anodonta cygnea може протягом тривалого часу жити у воді з концентрацією кальцію 400—500 мг/дм³. Основою високих адаптивних можливостей молюсків щодо значного зростання концентрації кальцію у воді є фізіолого-біохімічні механізми, які забезпечують швидкий перехід від тканинного дихання до гліколізу. Важливу роль відіграє і можливість генерації нервових імпульсів у безнатрієвому середовищі, яке містить лише іони кальцію. Завдяки такому механізмові забезпечується висока ефективність нервової регуляції мембранних процесів організмі.

Риби, як і безхребетні, можуть утилізувати кальцій тільки з корму, але й безпосередньо з води. У молоді короп 68 — 88 % кальцію проникає в організм через зябра і лише 12 — 36 % - через шкіру. У дзеркальних коропів, тіло яких не вкрите лускою, через шкіру проникає 31 % кальцію через зябра - 69 %, тоді як у риб, які мають луску, через шкіру утилізується близько 12 %, а через зябра — 88 %. у форелі через залозистий апарат зябер і шкірні покриви надхо­дить в організм 75 % кальцію з води і 25 % з кормом.

Відмічені особливості надходження кальцію в організм риб відіграють важливу роль в регуляції фізіолого-біохімічних процесів. На відміну від наземних тварин у риб абсорбований залозистими клітинами зябер кальцій з током крові відразу розноситься по всьому організму. При такому шляху надходження кальцію в організм гепатопанкреас як внутрішній фільтр організму не відіграє такої важливої гомеостатичної ролі, як у теплокровних тварин. У зв'язку з цим у риб більш розвинутий механізм тканинного депонування кальцію. При підвищенні концентрації розчиненого у воді кальцію від 100 до 200 мг/дм³ у мітохондріях залозистих клітин зябер уже протягом 24 год його вміст зростає від 9,0 до 13,3 мкг/г білка. Із збільшенням накопичення кальцію в мітохондріях різко підвищується вміст як загального, так і неорганічного фосфору.