Особливості обміну натрію і калію в організмі водяних безхребетних - раздел Экология, Динаміка водних мас та її роль у водних екосистемах Біологічна Роль Na+ І K+ В Життєдіяльності Водяних Твар...
Біологічна роль Na+ і K+ в життєдіяльності водяних тварин еволюційно визначилася ще в період становлення біосфери. За своїм іонним складом позаклітинна рідина водяних тварин має дуже високу схожість з океанічною водою, яку тварини зберегли з часів кембрію. Вважається, що в цьому відобразився вплив того морського середовища, в якому в процесі еволюції формувались перші живі істоти. При співставлені концентрації неорганічних іонів, особливо Na+, K+ і Cl–, у крові морських безхребетних і в морській воді, виявляється дуже високий ступінь схожості, що підтверджує океанічне походження мінерального складу позаклітинної рідини, яка закріпилась у процесі еволюції не тільки у сучасних водяних, але й наземних хребетних тварин.
Роль неорганічних іонів у життєдіяльності організмів визначається не поширенням того чи іншого елементу в природі, а його властивостями і здатністю до участі в хімічних реакціях, активації ферментів та можливістю впливати на збудливість клітинних мембран. У водяних тварин з усіх іонів внутріклітинного середовища найбільш ефективно регулюється калій. Вміст натрію в позаклітинних рідинах більш мінливий, а в клітинах він знаходиться в незначних кількостях. Підтримання певного концентраційного градієнту іонів у клітинах і позаклітинних рідинах в умовах перебування гідробіонтів в прісних або морських водах є однією з найбільш складних функцій організму.
Внутрішньоклітинний вміст Na+ і K+ регулюється в першу чергу самою клітиною і лише потім – цілісним організмом. Це має особливе значення для адаптації найпростіших, які не мають чітко диференційованих ниркових та позаниркових механізмів регуляції обміну води та неорганічних іонів. Так, при перебуванні інфузорій Tetrahymena в середовищі з високим вмістом натрію (220 ммоль/дм3) протягом короткого часу вміст натрію в їх організмі зростав до 105 мекв/дм3. При перенесенні їх у менш солону воду вміст натрію вже протягом 14 днів знижувався до 43 мекв/дм3, у наступні два місяці – до 21 мекв/дм3. Ці дані свідчать, з одного боку, про істотний вплив водного середовища на концентрацію натрію в організмі найпростіших, а з другого, – про існування у них механізмів, які протистоять вирівнюванню осмотичного (іонного) градієнту між організмом і навколишнім водним середовищем.
У морських організмів осмотична та іонна концентрація внутрішнього середовища наближається до сольового складу морської води. Так, при середній концентрації натрію в морській воді 457 ммоль/дм3 у звичайної устриці (Ostrea edulіs) його вміст у гемолімфі становить відповідно 554 ммоль/дм3, а у слимака морський заєць (Aplysіa depіlana) – 499 ммоль/дм3. Аналогічні концентраційні співвідношення спостерігаються і у морських ракоподібних. Наприклад, при тій же концентрації натрію у морській воді в гемолімфі лангустів Palіnurus vulgarіs його вміст не перевищував 545 ммоль/дм3, а у крабів Maja squіnada – 500 ммоль/дм3.
У морських кільчастих червів (Aphrodіte, arenіcola) концентрація натрію наближається до вмісту у морській воді.
У прісноводних ракоподібних вміст натрію у гемолімфі значно перевищує його концентрацію у водному середовищі. Так, у прісноводного віслюка (Asellus aquatіcus), який перебував у воді з концентрацією натрію 0,65 ммоль/дм3, його вміст у гемолімфі досягав 137 ммоль/дм3 і перевищував вміст у середовищі більше, ніж у 200 разів. Значно більш висока концентрація натрію і в організмі кільчастих червів (78,6–85,7 ммоль/дм3).
Існують особливості в розподілі іонів калію між клітинними і позаклітинними біологічними рідинами. У багатоклітинних організмів на міжклітинний простір припадає в різних органах від 16 до 30 % об’єму тканин. При цьому внутрішньоклітинна концентрація калію характеризується більшою стабільністю, ніж у позаклітинній рідині, тобто клітинні механізми оберігають їх внутрішнє середовище від значних зовнішніх впливів і змін. Висока стабільність внутрішньоклітинної концентрації калію, яка мало залежить від коливань гідрохімічного режиму середовища, є еволюційно закріпленою функцією організмів різних трофічних рівнів.
Співставлення концентрації калію в прісних водах і в організмі безхребетних свідчить про його більш високий рівень у біологічних рідинах і тканинах. Але в порівнянні з натрієм ця різниця менш виражена, що пояснюється більшою участю іонів натрію в осморегулюючих процесах водяних тварин. Так, якщо у прісних водах вміст калію коливається в межах 0,08–0,20 ммоль/дм3, то в гемолімфі жабурниці він становить 0,28–0,48 ммоль/дм3, у прісноводної живородки лужанки – 1,2 ммоль/дм3. У морських молюсків величини його концентрації у воді і гемолімфі були близькими. У середземноморсько-чорноморської мідії його вміст становив 12,5 ммоль/дм3 (морська вода 10,1), у серцевидки Ламарка – 10,9 і у морського зайця – 9,7 ммоль/дм3. У гемолімфі морських ракоподібних (Palіnurus, Squіkka, Maja) концентрація калію коливається в межах 10,3–15,0 ммоль/дм3, а у кільчастих червів – 10,1–12,3 ммоль/дм3. Для порівняння відзначимо, що у прісноводних ракоподібних (Asellus, Cambarus) концентрація калію в гемолімфі дещо менша (3,9–7,4 ммоль/дм3), а у кільчастих червів вона не перевищує 4,0–6,8 ммоль/дм3.
Як свідчать наведені дані, в організмі морських молюсків і прісноводних безхребетних існує певний рівень вмісту іонів натрію і калію. Є організми, які можуть підтримувати в крові відносну стабільність концентрацій Na+, K+ та інших елементів при перебуванні в різко пересолених водоймах, де розчин солей досягає концентрації ропи. Прикладом може служити артемія соляна з ракоподібних, яка може жити у пересолених водах з мінералізацією до 220 ‰.
Все темы данного раздела:
Динаміка водних мас та її роль у водних екосистемах
Під водною масою розуміють об’єм води, який співпадає з площею і глибиною котловин водних об’єктів або заглибленнями земної поверхні і має однорідні фізико-хімічні характеристики,
Фізико-хімічні властивості води та їх екологічне значення
Вода – найважливіша середовищеутворююча речовина, вплив якої на життєдіяльність організмів багатосторонній. Саме завдяки особливим властивостям води як універсального розчинника неорганічних і орга
Щільність води
Під щільністю розуміють масу одиничного об’єму води – кг/м3. Вона залежить від температури, наявності розчинних солей, а також від атмосферного тиску та вищерозташованих
Кольоровість води
Колір природних вод залежить від власного кольору розчинених у ній речовин, завислих частинок та мікроорганізмів, що населяють водну товщу. Забарвлення води зумовлено взаємовідносинами між водним с
Температурний та термічний режим водних об’єктів
Температурний режим водних об’єктів – це зміна температури води по акваторії і глибині на протязі певного проміжку часу. Коливання температури води у водних екосистемах можуть бути добові, місячні,
Льодовий режим
Зі зниженням температури до 0°С і нижче на водоймах і водотоках утворюється льодовий покрив. Період замерзання починається з появи кристалічних структур води (лід) спочатку біля берега, де течія не
Світло та його роль у функціонуванні водних екосистем
Світло надходить до земної поверхні у вигляді прямої і розсіяної сонячної радіації, які разом оцінюються як сумарна радіація. На її видиму частину спектру припадає
Седиментація, осадоутворення та формування донних грунтів
У товщі води постійно знаходиться певна кількість завислих часток мінерального і органічного походження. Під дією сили тяжіння вони поступово опускаються на дно. Процес осадження завислих частинок
Роль гідрофізичних факторів у життєдіяльності гідробіонтів
Турбулентне перемішування водних мас, їх температура, сонячна радіація та осадоутворення відіграють вирішальну роль у формуванні якості води та біологічної продуктивності водних екосистем. В зв’язк
Сольовий склад океанічних (морських) вод
Для вод відкритих океанів, незалежно від їх положення на Земній кулі, характерним є схожість у кількісному співвідношенні між основними іонами. Це пов'язано з тим, що маса солей в океанах настільки
Сольовий склад континентальних вод
На відміну від морських вод з однотипним сольовим складом, прісні води різних ландшафтних зон за складом головних іонів суттєво відрізняються. Згідно класифікації О.О. Альокіна (1970), природні вод
Евригалінні і стеногалінні гідробіонти
Солоність води є визначальним чинником у приуроченні водяних організмів до умов середовища. Саме за вмістом солей у воді можна поділити гідробіонти на морських і прісноводних. При цьому у високомін
Пристосування гідробіонтів до сольових факторів середовища
Пристосування гідробіонтів до солоності води пов'язане з регуляцією концентрації іонів у внутрішньоклітинній рідині та її осмотичного тиску.
Концентрація неорганічних іонів у водному серед
Пойкілоосмотичні гідробіонти
У процесі еволюції сформувались різні механізми сольової адаптації. За концентрацією осмотично активних речовин у біологічних рідинах внутрішнього середовища та цитоплазмі клітин пойкілоосм
Гомойоосмотичні гідробіонти
У прісноводних організмів концентрація біологічних рідин гіпертонічна по відношенню до водного середовища. Тому підтримання осмотичного тиску внутрішнього середовища є багатофункціональним процесом
Натрій, калій і цезій в водних екосистемах
Натрій, калій і цезій належать до групи лужних металів, які легко віддають один електрон, перетворюючись у позитивно заряджені іони. Саме завдяки цій властивості вони зустрічаються в природі виключ
Роль калію в метаболічних реакціях водяних рослин
Для водяних рослин характерним є досить високий вміст калію і значно менший – натрію в їхніх тканинних структурах. Калій у більшості рослин становить 0,9–1,2 % їх біомаси. Найбільша його кількість
Натрій і калій у морських і прісноводних рибах
Організм морських риб гіпоосмотичний по відношенню до морської води. Щоб підтримувати водний баланс, морські риби змушені постійно поглинати морську воду, з якою надходить в організм не тільки натр
Природний цезій в організмі гідробіонтів
Цезій належить до калієвої групи лужно-земельних металів. Він має один стабільний ізотоп і 21 радіоактивний. Після випробувань ядерної зброї та аварій на атомних електростанціях у гідросфері збільш
Кальцій у водних екосистемах
Кальцій – один з найголовніших іонів водних екосистем. Він переважає серед катіонів слабомінералізованих вод, а при зростанні загальної мінералізації його співвідношення з іншими хімічними елемента
Вміст кальцію в морських і океанічних водах
Океанічні (морські) води є водами хлоридного класу, групи натрію. Тому вміст Са2+ в них менший в порівнянні з поверхневими водами суші. Основна кількість кальцію надходи
Кальцій континентальних вод
Вміст кальцію в поверхневих водах суші дуже мінливий і може істотно відрізнятися в залежності від геологічних умов водозбірної площі та кліматичних умов. Води більшості озер, річок, водосховищ нале
Метаболічна роль кальцію та шляхи його надходження в організми 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, синаптичн
Магній морських і континентальних вод
Серед елементів другої групи періодичної системи магній за своїми хімічними властивостями найближчий до кальцію. Він входить до складу більш ніж 100 мінералів, у тому числі бруситу Mg(OH)2
Форми міграції магнію у природних водах
У природних водах магній утворює сполуку з карбонатом – магнезит (MgCO3). Як і карбонат кальцію, він легко розчиняється у воді, яка містить розчинену вуглекислоту, внаслідок перетворення
Магній в організмі гідробіонтів
Вміст магнію в організмі гідробіонтів залежить від того, в якій воді – морській чи прісній вони мешкають. Так, у гемолімфі морських молюсків мідій (Mytіlus), устриць (Ostrea), морськи
Метаболічна роль магнію у гідробіонтів
Магній належить до іонів з дуже широким спектром дії. Він відіграє виключно важливу роль в активації ферментативних реакцій, які відбуваються у автотрофних і гетеротрофних організмів. У водоростей
Сірка природних вод та процеси сульфатредукції
Сірка зустрічається в природі як в самородному вигляді, так і в різних сполуках та газоподібному стані, у вигляді сірководню та оксиду сірки. Легкорозчинні сульфати сірки знаходяться у великій кіль
Форми розчиненого заліза у водних екосистемах
В океанічній воді, при загальній її солоності 34,5–35,0 ‰, концентрація заліза може коливатись у межах 0,005–0,14 мкг/дм3. На глибині 50 м міститься в середньому до 20 мг/м3 з
Роль заліза у ферментативних реакціях та процесах дихання гідробіонтів
Залізо відіграло виключно важливу роль в еволюції біосфери. Як складовий компонент металопорфірінів воно стало основою для утворення хлорофілу, дихальних ферментів і дихальних білків. Залізо входит
Марганець
Марганець належить до металів із змінною валентністю (Mn2+, Mn4+, Mn7+), що визначає його участь у окиснювано-від
Кобальт
Кобальт належить до елементів, які утворюють сполуки практично з усіма галогенами (CoF2, CoF3, CoCl2, CoBr2, CoІ2). Всі галогеніди двовалентно
Кадмій, хром, алюміній
Серед мікроелементів, які при певних концентраціях у воді виявляють високу токсичність, є особливо небезпечні забрудники водного середовища, які в мікродозах негативно впливають на функціональний с
Кругообіг кисню в водних екосистемах. Формування кисневого режиму водних екосистем
Основним джерелом кисню у воді є його проникнення з повітря та виділення фотосинтезуючими рослинами. Внаслідок фотосинтезу відбувається окиснення води з виділенням молекулярного кисню і відновлення
Роль кисню в розкладі органічних речовин та формуванні якості води
Кисень водних екосистем відіграє виключно важливу роль у процесах розкладу розчинених органічних речовин, відмерлих рослин і тварин, при яких складні органічні речовини перетворюються на прості (СО
Роль кисню у життєдіяльності гідробіонтів
Підтримання життєдіяльності гідробіонтів тісно пов’язане з енергетичними процесами, які грунтуються на окиснювано-відновних реакціях, що протікають за участю кисню. Розщеплення молекул білків, жир
Особливості використання гідробіонтами кисню з води
У процесі еволюції у гідробіонтів різних трофічних рівнів сформувались механізми адаптації до більш низького рівня кисню у воді в порівнянні з атмосферним повітрям. Як відзначає В.І. Вернадський, “
Хімічні та біологічні перетворення діоксиду вуглецю у водних екосистемах
Основними джерелами надходження діоксиду вуглецю у водне середовище є його інвазія з атмосфери, дихання гідробіонтів, виділення із солей вугільної кислоти в результаті хімічних реакцій та процеси г
Фотосинтез. Фіксація вуглекислоти автотрофними і гетеротрофними організмами
Метаболічна роль діоксиду вуглецю тісно пов’язана з фотосинтезом – одним із найбільш фундаментальних і важливих процесів біосфери.
Процес фотосинтезу в гідросфері пов’язаний з діяльністю р
Адаптація риб до змін вмісту СО2 у воді
Спостереження за поведінкою риб різних видів і вікових груп свідчать, що поряд з позитивним впливом розчиненого у воді СО2 на їх організм, мають місце прояви негативних реакцій. Такі різ
Азотфіксація у водних екосистемах
Азотфіксація – це засвоєння молекулярного азоту повітря за допомогою мікроорганізмів-азотфіксаторів. Основну масу азоту на Землі (4,6×1017 т) становить молекулярни
Використання азоту в біосинтетичних процесах водоростей
Як морські, так і прісноводні водорості можуть засвоювати неорганічні сполуки азоту (нітрати NO3–), нітрити (NO2–) та а
Алохтонний і автохтонний азот водних екосистем
Між сполуками азоту, які надходять у водойми іззовні (алохтонними) і тими, які утворюються в них за рахунок відмирання гідробіонтів (автохтонними), існує певна якісна різниця. Органічна біомаса наз
Амоніфікація, нітрифікація і денітрифікація та їх роль в кругообігу азота в водних екосистемах
Процес розкладу органічних азотистих речовин, або амоніфікація, незалежно від джерел їх надходження у водойми, відбувається за участю мікроорганізмів і закінчується утворенням вільного аміаку (NH
Неорганічний та органічний фосфор водних екосистем
У морських водах неорганічний фосфор представлений в основному фосфорною кислотою Н3РО4 та продуктами її дисоціації (H2PO4–,
Вміст фосфору в організмі гідробіонтів і його метаболічна роль
Про вміст фосфору в організмі гідробіонтів свідчать такі дані. В сухій масі морського планктону міститься близько 0,42 % фосфору; в організмі бактерій він становить 3 %, бурих водоростей – 2,8 % і
Новости и инфо для студентов