Водно-солевой гомеостаз Роль воды в жизнедеятельности организмов

Водно-солевой гомеостаз

Роль воды в жизнедеятельности организмов • доминирует в составе тела (50 -99%) • универсальный биологический растворитель, среда для хим. реакций • поддержание формы тела, гидроскелет • транспорт (растворение, перенос веществ) • перенос тепла • охлаждение при испарении

Состояние воды в организме • Молекулы воды образуют тетраэдрические структуры • В тканях до 1/3 воды структурировано • Концентрация свободной воды ограничивает растворимость: связанная вода (в гидратных оболочках) – плохой ратсворитель • Структурирование и связывание воды при зимовке

Водный баланс организма Запас воды: • полостные жидкости • клеточная вода • метаболическая вода Пути пополнения: • кишечник • покровы • метаболические процессы

Вода в природе • агрегатные состояния: твёрдое, жидкое, газообразное • разные уровни солёности и кислотности • гипергалинные воды > 40‰ • морская вода 30 - 40‰ (в среднем 35‰) • солоноватая вода 30 – 0, 5‰ • пресная жёсткая вода 0, 5‰ – 0, 05‰ • пресная мягкая вода < 0, 05‰

Осмотическая регуляция • Большинство морских беспозвоночных изоосмотичны морской воде • Реакции на изменение концентрации ионов: осмоконформеры и осморегуляторы • Изоосмотичность не означает тождество состава: есть ионная регуляция; концентрации ионов отличаются от концентраций в среде обитания • Пресноводные животные гиперосмотичны, морские могут быть гипоосмотичны по отношению к среде обитания • Осмотическая концентрация: осмоли на литр. Отличается от молярной концентрации в случае электролитов (выше по причине диссоциации). Концентрация солей в морской воде – примерно 1000 мосмоль/л • Изотоничность и изоосмотичность – не синонимы

Солевой состав у морских организмов

Концентрация жидкостей тела по сравнению со средой обитания у солоноватоводных животных

Концентрация жидкостей тела по сравнению со средой обитания у пресноводных животных

Artemia salina: адаптации к эвригалинным условиям (2, 6 -1000 ‰)

Осмотическое давление жидкостей тела артемии в сильно концентрированных растворах Na. Cl (Croghan, 1958)

Механизмы гипоосмотической регуляции у артемии • Адсорбция Н 2 О и выведение ионов (кроме Na. Cl) в кишечнике • Секреция Na. Cl в воду через жабры (в пресной воде жабры поглощают соль) • Кишечник регулирует осмотический баланс, жабры – ионный баланс • Инцистирование в гиперосмотической среде: обезвоживание, накопление гликогена и глицерина • Хлоридные эпителии: активная экскреция Cl, пассивное выведение Na

Хлоридные эпителии (Partridge, Shardo, Boettcher, 2007) пресная вода солёная вода

Транспорт ионов в эпителии

Адаптации личинок комаров Aedes к повышенной солёности воды

Адаптации водных позвоночных • Морские – изоосмотчны или (миноги, костистые рыбы, вторичноводные позвоночные) гипоосмотичны • Пресноводные – гиперосмотичны, с концентрациями примерно 10 ‰

Agnatha • Миксины – морские стеногалинные , почти изоосмотичные, регуляторы; Na > чем в морской воде, а Cl и Mg < чем в воде • Миноги – эвригалинные анадромные мигранты; в море гипоосмотичные ((пьют воду, выводят соли жабрами), а на нересте в реках – гипреосмотичные (адсорбция солей жабрами). Осмотические концентрации в теле в 3 -4 раза меньше морской воды

Пластинчатожаберные • Акулы и скаты – изотоничны и изоосмотичны по отношению к воде • Солей в 3 раза меньше чем в воде • Компенсация за счёт мочевины и триметиламиноксида: в крови содержание мочевины в более чем 100 раз больше нормы для наземных позвоночных • Активные регуляторы ионов: выведение через почку, ректальную железу, жабры • Не пьют воду • У пресноводных – понижена концентрация мочевины, гибнут в море

Движение солей у морских и пресноводных костистых рыб

Аппарат Уссинга: исследование проницаемости кожи Транспорт ионов (Na+) через кожу ( «внутрь» ) создаёт разность потенциалов в ванне с раствором Рингера, перегороженной кожным лоскутом. Уравновесить разность потенциалов можно пропусканием тока через раствор, и сила тока, приводящая к исчезновению разности потенциалов, будет мерой транспорта ионов через кожу.

Морская лягушка-крабоед • Fejervarya cancrivora обитает в мангровых болотах Ю-В Азии • Устойчива к морской воде на короткое время (в солоноватой воде может находится постоянно) • Тело гиперосмотично в морской воде за счёт накопления мочевины (осмотическая регуляция по типу акул) до 480 ммоль/л • Размножается в лужах на берегу (в пресной воде) • Головастики устойчивы к солёной воде за счёт выведения солей из тела (как у костистых рыб)

Морские рептилии и птицы • Солевые железы: реагирют на солевую нагрузку в пище • Почки не выделяют соль (в отличие от морских млекопитающих)

Пустынная лягушка Litoria (=Cyclorana, Chiroleptes) platycephala (Hylidae)

Ксерофильные лягушки • Chiromantis (Ю. Африка) • Phyllomedusa(Ю. Америка)