Вода играет огромную роль в жизнедеятельности организмов. Этот минерал:
- составляет основное содержание цитоплазмы,
- является хорошим растворителем,
- участвует во многих обменных процессах.
Соотношение между поступлением воды в организм и ее удалением за длительный период времени равно практически нулю. Тоничность отражает влияние раствора на объем клетки. У животных большая часть воды поступает в организм с пищей, а также через покровы и специализированные ткани – у низших беспозвоночных, жабры рыб, покровы земноводных. Удаление воды происходит с мочой, экскрементами, а также при потоотделении.
Наряду с водой макромолекулярный состав клеток нуждается также и в неорганических веществах, в первую очередь, ионах металлов, выполняющих различные функции во внутри- и внеклеточных жидкостях. В частности:
- Na – основной катион внеклеточной среды, обеспечивающий осмотической давление внутри клетки, источник энергии для транспорта через мембрану и т.д.;
- K – ион цитоплазмы, создает осмотическое давление, обеспечивает потенциал покоя;
- Са – содержится в клетках, регулирует мышечное сокращение, активность ферментов и т.д.
По степени солености водоемы подразделяются на:
- пресные с соленостью менее 0,5‰,
- солоновато-водные – от 0,5 до 16‰,
- соленые – более 16‰.
В океанических водах соленость в среднем составляет 35‰. В некоторых внутренних водоемах, как, например, Мертвое море - может доходить до 370‰.
По способности поддерживать постоянство концентрации осмотически активных веществ в клетках и жидкостных средах организмы делятся на:
- пойкилосмотические или осмоконформеры,
- гомойосмотические или осморегуляторы.
У пойкилосмотических животных концентрация солей во внутренних средах практически не отличается от таковой в морской воде. Они, как правило, являются изотоничными относительно морской воды. Могут быть и гипертоничны. К ним относятся простейшие, кишечнополостные, кольчатые черви, моллюски, иглокожие и др. Среди них выделяют стеногалинных – не выдерживают существенных колебаний солености (головоногие моллюски, иглокожие) и эвригалинных животных – обитатели литоральной зоны и эстуарий, где наблюдаются колебания солености. У осморегуляторов осмотические параметры (осмотический гомеостаз) поддерживаются на относительно постоянном уровне за счет осморегулирующих механизмов.
Существует принципиальное различие в вводно-солевом обмене у пресноводных и морских животных. Внутренние жидкости пресноводных животных, будь то беспозвоночные или позвоночные, как правило, гиперосмотичны по отношению к водной среде. Поэтому они сталкиваются с 2 типами осморегуляторных проблем.
- Во-первых, в их организм постоянно происходит поступление воды по осмотическому градиенту.
- Во-вторых, поскольку окружающая их вода содержит мало солей, то происходит постоянная утечка солей из организма.
Проникновению воды в организм во многом препятствуют покровы пресноводных животных. У многих животных тело покрыто чешуей, панцирем, часто обильно выделяется слизь, надежно защищающая тело животных. Избыток воды выводится при помощи высокоразвитого фильтрационного аппарата почек: величина диуреза костистых пресноводных рыб колеблется от 50 до 300 мл на килограмм массы тела. В самих почках пресноводных рыб хорошо развита клубочковая система. Клубочек каппиляров заключен в Боуменову капсулу, где происходит образование первичной мочи. По мере продвижения мочи по нефрону наблюдается реабсорбция (обратное всасывание) растворенных веществ, в том числе и солей, в кровь, и выводится большое количество гипотонической мочи.
Потеря солей при выведении мочи компенсируется:
- активной реабсорбцией солей в почечных канальцах,
- поступлением солей из внешней среды через жабры и с пищей.
Жабры рыб и многих водных беспозвоночных являются основным органом осморегуляции, более эффективным, чем почки. Например, пресноводные рыбы способны извлекать ионы Na и Cl из воды, содержащей менее 1мМ NaCl, в то время как концентрация этой соли в плазме крови составляет 10 мМ. Т.е. активный транспорт NaCl в жабрах идет против более чем 100-кратного концентрационного градиента.