Для большинства организмов кислород имеет большое физиологическое значение, и потому уменьшение его концентрации в атмосфере или в воде ведет к формированию специальных адаптаций к дефициту кислорода.
Эффективные адаптации к недостатку кислорода развиваются у ныряющих животных (Акимова и др., 2001). Так, морские змеи могут находиться под водой – 2,5 часа, а морские черепахи – 6 часов. У кашалотов остановка дыхания может доходить до 2 часов, а глубина погружения – свыше 1000 м. Несколько меньше эти показатели у ластоногих и еще меньше – у полуводных, т.е. постоянно обитающих у воды и в воде млекопитающих и птиц.
В большинстве случаев ныряющие животные имеют увеличенный объем легких и высокое содержание в крови гемоглобина. Важным кислородным депо служит также мышечный миоглобин, содержание которого у ныряющих млекопитающих в 3,7 раза больше, чем у наземных животных. При этом, ныряльщики расходуют кислород очень экономно: у них снижается частота сердечных сокращений и резко замедляется кровоток, значительная часть клеток может временно переходить к анаэробному гликолизу – бескислородному снабжению энергией. При всплывании на поверхность многие параметры функционирования организма быстро нормализуются.
По-разному относятся к дефициту кислорода разные рыбы континентальных водоемов (табл. 4). У рыб заморных водоемов (карась, линь) также значительно повышено содержание гемоглобина. Рыбы, не обладающие адаптациями к низкому содержанию кислорода, при снижении его концентрации в воде быстро гибнут.
Таблица 4
Распределение некоторых видов пресноводных рыб по градиенту содержания в воде кислорода (+ – нижний предел толерантности;
по Г.В.Никольскому, 1974 с дополнениями)
| Вид | Содержание кислорода в воде, мг/л | |||
| 7-11 | 5-7 | 4-6 | 0,5-1 | |
| Форель ручьевая | + | |||
| Таймень | + | |||
| Гольян | + | |||
| Голец | + | |||
| Подкаменщик | + | |||
| Хариус | + | |||
| Подуст | + | |||
| Налим | + | |||
| Голавль | + | |||
| Пескарь | + | |||
| Судак | + | |||
| Щука | + | |||
| Плотва | + | |||
| Язь | + | |||
| Лещ | + | |||
| Окунь обыкновенный | + | |||
| Ерш | + | |||
| Линь | + | |||
| Карась золотой | + | |||
| Карась серебряный | + |
Развиты адаптации к пониженному содержанию кислорода и у наземных организмов высокогорий. У обитающих в Андах лам, викуний и альпак обнаружено повышенное сродство гемоглобина к кислороду. Объемная доля О2 в этих эритроцитах на 25-30% больше, чем у других наземных животных. Высокое содержание кислорода в крови сочетается с повышенной активностью окислительных ферментов в тканях.
Интересен анализ состояния человека в условиях дефицита кислорода высокогорий. Обычный «равнинный» человек на высоте 3000 м уже испытывает ухудшение самочувствия, а на высоте 6000м теряет сознание. Тем не менее, в Гималаях и Андах на высоте 5000м есть постоянные поселения людей, полностью адаптированных к условиям пониженного содержания кислорода в воздухе. У них повышен объем крови, увеличено количество эритроцитов и гемоглобина.
Контрольные вопросы
1. Расскажите о главных адаптациях животных организмов к низкому содержанию кислорода.
2. Как переживают дефицит кислорода ныряющие животные?
3. Приведите примеры видов рыб с разной устойчивостью к дефициту кислорода.
4. Какие адаптации к дефициту кислорода формируются у людей, постоянно живущих в высокогорьях?