10.5. Осмотичні фактори середовища та осморегуляція у гідробіонтів

Пристосування гідробіонтів до солоності води пов'язане з регуляцією концентрації іонів у внутрішньоклітинній рідині та її осмотичного тиску.

Концентрація неорганічних іонів у водному середовищі може змінюватися в дуже широкому діапазоні (від нуля до величин, що в сотні разів перевищує внутрішньоклітинний рівень у гідробіонтів). Це призводить до того, що іонний градієнт між організмом і середовищем, в якому він перебуває, може бути високим.

Осмотичний градієнт між організмом і середовищем постійно створює загрозу дегідратації морських і гіпергідратації прісноводних організмів. Чим більша різниця між осмотичною концентрацією у водному середовищі і в організмі, тим більш жорсткому впливу необхідно протистояти гідробіонтам. Основою такого протистояння є фізіологічні процеси, спрямовані на підтримання нерівномірних концентрації і складу іонів, що знаходяться у клітині та навколишньому водному середовищі. При цьому проблема адаптації полягає не тільки в регуляції кількісної, а й якісної різниці в іонному складі клітин організму і навколишнього середовища. Тобто, клітини повинні утримувати значну кількість іонів від урівноважування з навколишнім середовищем і одночасно регулювати вибірковість їх надходження і віддачу.

Підтримання осмотичного тиску цитоплазми в умовах різної солоності водного середовища здійснюється двома механізмами: змінами концентрації у цитоплазмі органічних осмотичне активних речовин та змінами вмісту в ній неорганічних іонів.

До осмотичне активних речовин належать амінокислоти, сечовина, метіламіни та інші сполуки, що синтезуються в організмі.

Встановлено, що при підвищенні солоності води у безхребетних може зростати ферментативна активність глутаматде-гідрогенази — ферменту, який ініціює утворення глутамінової та інших амінокислот. На значення органічних речовин у підтриманні осмотичного тиску у гідробіонтів вказують такі Дані, у мідій при підвищенні солоності до 35 %о вміст азотистих сполук у цитоплазмі зростає у 5—6 разів, а неорганічних електролітів — у 1,1—1,2 разу. Клітинний осмотичний тиск при цьому збільшується на 75 %. Компенсаторне зростання внутрішньоклітинного тиску, що відбувається переважно завдяки органічним речовинам, можна розглядати як важливий фактор у пристосуванні гідробіонтів до гіпергалінного середовища. Як відомо, неорганічні іони істотно впливають на ферментативну активність і структурну організацію цитоплазматичних макромолекул. Якщо вирівнювання осмотичної концентрації внутрішнього середовища гідробіонтів, які мешкають у гіпергалінних умовах, відбувалось би за рахунок тільки іонів, це могло б призвести до різких змін метаболізму. Щодо амінокислот та інших органічних речовин, то вони не взаємодіють з субстратами та коферментами і не впливають на хід фізіолого-біохімічних реакцій.

У той же час неорганічні іони (особливо натрій і калій) відіграють надзвичайно важливу роль у транспорті іонів і води між зовнішньоклітинним і внутрішньоклітинним середовищем.

За особливостями осморегуляції гідробіонти поділяють на гомойоосмотичні і пойкілоосмотичні.

Пойкілоосмотичні організми не здатні підтримувати більш-менш сталий осмотичний тиск при зміні солоності водного середовища. До пойкілоосмотичних належать нижчі безхребетні, двостулкові молюски, багато видів кільчастих червів, голкошкірі. Таких морських безхребетних ще називають осмоконформерами. За характером пристосування до солоності води до пойкілоосмотичних належать практично всі водорості. Для рослин часто застосовують дещо інше визначення — пойкілогідричні організми, що підкреслює ступінь обводнення їх цитоплазми.

До гомойоосмотичних належать водяні тварини, здатні активно регулювати осмотичний тиск рідин тіла та підтримувати відносну сталість фізіологічних параметрів внутрішнього середовища незалежно від змін мінералізації води. Такі тварини мають назву осморегулюючі. До них належать прісноводні і морські риби, морські ссавці, деякі ракоподібні.

Пристосування до різної солоності води здійснюється по-різному у найпростіших і більш складних багатоклітинних організмах. Суттю адаптивних реакцій гідробіонтів різних рівнів філогенетичного розвитку є забезпечення іонного і осмотичного гомеостазу.