ЗАМЕНА ТЯЖЕЛЫХ ИОНОВ БОЛЕЕ ЛЕГКИМИ

  Пожалуй, самые лучшие примеры такого решения проблемы, встречаются у растений. Две многоклеточные водоросли, Valonia и Halicystis, демонстрируют, чего можно достичь, изменив свой ионный состав. Обе они обладают почти нейтральной плавучестью: первая лишь очень медленно опускается в морской воде, а у вто- рои даже слегка положительная плавучесть.

У обеих в изобилии имеется клеточный сок, изотоничныи морской воде, но иного состава (табл. 11.7). Обе почти полностью лишены тяжелого иона сульфата. Valonia, кроме того, не содержит магния, который имеется у Halicystis в концентрации втрое меньшей, чем в морской воде. Другого важного двухвалентного иона — кальция — в обеих водорослях тоже гораздо меньше, чем в морской воде.
Таблица 11.7
Ионный состав морской воды и сока двух многоклеточных водорослей, обладающих приблизительно нейтральной плавучестью.
Ионные молекулярные концентрации даны относительно концентрации хлора (С]—= 100).
(Gross, Zeuthen, 1948)

	Морская вода	Сок Valonia	Сок Halicystis
С1-	100	юо	100
Na+	85,87	15,08	92,4
К+	2,15	86,24	1,01
Са2+	2,05	0,285	1,33
Mg2+	9,74	Следы	2,77
So42-	6,26	' Следы	Следы
Удельный вес	1,0277	1,0290	1,0250
То же для искусственного раствора1)	1,0285	1,0285	1,0252
Ч Раствор с указанными	выше ионными концентрациями.

Из одновалентных ионов К+ тяжелее, чем Na+. Valonia, которая чуть тяжелее морской воды, накапливает в клеточном соке главным образом К+, как это вообще происходит у растений. Но Halicystis, которая немного легче морской воды, исключила из своего состава большую часть калия и использует в качестве самого главного катиона более легкий натрий.
Динофлагелляты Noctiluca miliaris — широко распространенные организмы, вызывающие свечение моря. Они немного меньше 1 мм
в диаметре и обычно скапливаются на поверхности, так как заметно легче морской воды. При механическом раздражении они испускают вспышки света, которые видны ночью как фосфоресценция моря. Их свечение было предметом многих исследований, но здесь мы рассмотрим только вопрос об их плавучести.
Состав клеточного сока Noctiluca приведен в табл. 11.8. Этот организм изотоничен морской воде и обязан своей положительной плавучестью более низкой концентрации ионов Са2+, Mg2+, и в особенности тяжелого иона SO*2-. Кроме того, он накапливает ион аммония, который легче двух самых распространенных одновалентных катионов — N а+ и К+-
Таблица 11.8
Ионный состав морской воды и клеточного сока Noctiluca — обычного источника фосфоресценции в море. Этот организм достигает положительной плавучести, исключая тяжелые ионы н заменяя их главным образом NH4+. (Kesseler, 1966)

	В соке, мэкв/л	В морской воде, мэкв/л
Na-	414	418
К+	34	8,8
NH++	58,5	0
С а2-	9,5	18,5
Mg2-	15	95
Cl-	496,5	498,9
S042-	Следы	46,6
н2ро4-	13	Следы
pH	4,35	8,2

Ион водорода (Н+) намного легче всех других катионов.

Было высказано предположение, что положительная плавучесть могла бы достигаться повышением концентрации ионов водорода за счет других катионов, но это неосуществимо. Хотя клеточный сок Noctiluca довольно кислый (т. е. концентрация ионов Н+ в нем высока), легко видеть, что это не может заметно сказываться на удельном весе.
Если принять, что величина pH сока Noctiluca равна 4,0, то концентрация ионов водорода в нем составляет 10~4 моль/л, т. е. 0,1 ммоль/л и, следовательно, эти ионы могут заменить не больше г/50оо доли всех катионов. Чтобы ионы Н+ заменили существенную часть катионов, pH должно быть значительно ниже 2, что соответствует концентрации Н+ больше 10 ммоль/л. Такая высокая кислотность не обнаружена ни в одной клетке; она встречается только в немногих кислых секретах, например в желудочном соке позво

ночных и в слюне некоторых морских улиток, которые пользуются ею при просверливании раковин своих жертв.
Принцип замены тяжелых ионов легкими могут с таким же успехом использовать и крупные организмы. Поразительным примером служит группа глубоководных кальмаров сем. Cranchidae. У этих животных наполненный жидкостью целом очень велик и занимает около двух третей всего объема тела. Если его вскрыть и выпустить жидкость, животное потеряет свою нейтральную плавучесть и^пойдет ко дну. Удельный вес этой жидкости около 1,010 (удельный вес морской воды 1,026), она осмотически изотонична морской воде и имеет pH 5,2. Концентрация NH4+в целомической жидкости составляет около 480 мэкв/л, а концентрация натрия — 80 мэкв/л. Хлор здесь остается почти единственным анионом; тяжелый ион S042- исключен (Denton, 1960; Denton et а]., 1969).
Высокая концентрация ионов аммония объясняется просто. Целомическая жидкость слегка кислая, и аммиак — нормальный конечный продукт белкового обмена у большинства водных животных— диффундирует в эту жидкость и задерживается в ней. Понижать pH здесь мог бы натриевый насос, который удаляет из целомической жидкости ионы Na+, — его действие создавало бы избыток анионов и тем самым повышало бы концентрацию ионов водорода и, значит, увеличивало бы кислотность. Кислая жидкость служила бы ловушкой для аммиака. Вычислено, что если аммиак является у Cranchidae единственным конечным продуктом белкового обмена, то для сохранения нейтральной плавучести должно удерживаться около 40% всего аммиака, образующегося в течение жизни животного (Denton, 1971).
Способ, используемый кальмарами сем. Cranchidae, вполне эф-i фективно обеспечивает нейтральную плавучесть. Однако он связан с некоторыми структурными неудобствами, так как две трети всего объема животного занимает жидкость (т. е. объем жидкости, кото-, рую животное носит в себе, в два раза превышает объем собственно тела).
ггшотонйчность
Еще одним подходом к снижению веса могло бы быть удаление некоторых ионов без их замены. Конечно, это создало бы осмотические проблемы, так как разбавленный раствор стал бы гипото-, ничным по отношению к морской воде. Как правило, беспозвоночные находятся в осмотическом равновесии с морской водой, и, по-видимому, ни одно из этих животных не использовало гипото-? ничность как средство увеличения плавучести.
Однако у костистых рыб концентрации ионов гораздо ниже, чем в морской воде, и это помогает им снизить свой вес в воде. Правда, значение этого фактора невелико, так как в скелете и мышцах костистых рыб содержатся существенные количества относительно тяжелых веществ. Впрочем, у многих глубоководных форм, у которых скелет и мышцы сильно редуцированы, гипотоничность значительно помогает уравновешивать сравнительно малые количества тяжелых компонентов. 

Еще по теме ЗАМЕНА ТЯЖЕЛЫХ ИОНОВ БОЛЕЕ ЛЕГКИМИ:

1. КОНЦЕНТРАЦИЯ ИОНОВ ВОДОРОДА (pH)
2. Замена плохой матки
3. ТЯЖЕЛАЯ ВОДА
4. Токсикология тяжелых металлов
5. Дополнение 6. Более тонкие свойства рефренов
6. Люди добились увеличения веса коров более чем...
7. У кошки заслуги перед человечеством гораздо более важные…
8. Сто лет назад в США было более 9 миллионов лошадей...
9. Тяжёлые работы на новостройке конюшни
10. Определение тяжелых металлов в почве, воде и кормах
11. ИЗМЕРЕНИЕ КОНЦЕНТРАЦИИ ЛЕГКИХ, СРЕДНИХ и ТЯЖЕЛЫХ АЭРОИОНОВ