41Особенности газообмена у ныряющих животных

Ныряние животных - плавание под водой животных с воздушным типом дыхания.

Кессонная болезнь, вызывающая потерю сознания на глубине 100 м, отравление кислородом, вызывающее конвульсии, сильная гипоксия, из-за которой темнеет в глазах, декомпрессия - все это проблемы, связанные с погружением на большую глубину. Киты и тюлени прошли долгое эволюционное развитие, чтобы избежать этих опасностей.

Ластоногие и китообразные располагают приспособлениями, позволяющими им экономить кислород при нырянии (сужение периферических сосудов, замедляющее кровообращение в плавниках, ластах и пальцах). Артериальные сфинктеры мешают крови попадать, например, в пищевод, чтобы мозг и сердце располагали большим количеством кислорода. Сердечный ритм замедляется до минимума, и общее потребление энергии уменьшается на четыре пятых. Ныряющие животные при каждом вдохе более эффективно обновляют воздух в легких (у кита обновляется 80% объема легких, у человека – 20%). Их мускулы содержат больше миоглобина. Это позволяет тюленю оставаться под водой около 20 минут, киту – более 2 часов, черепахе – 20 минут, мускусной крысе – 12 минут, а гиппопоту – 4 минуты.

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

у большинства морских млекопитающих имеется особая прослойка жира, называемого ворванью, которая находится под кожей и обеспечивает тепловую изоляцию. Рептилии сохраняют тепло другими способами. Чтобы вывести потомство, морские игуаны греются на солнце, перед тем как нырнуть в воду; морские черепахи решают эту проблему тем, что живут преимущественно в тропических морях.

калан Слуховые отверстия и ноздри щелевидные, при погружении под воду замыкаются. У калана нет анальных желез в связи с утратой их основного назначения — маркировки участка обитания зверя.

Ныряют медведи с открытыми глазами, но со сжатыми ноздрями и могут пробыть под водой около двух минут, что для наземного зверя очень много

34. Солевой обмен у наземных животных. Экологические особенности галофитов.

Совокупность процессов, происходящих в живом организме, направленных на поддержание постоянного осмотического давления.

Осморегуляция присуща всем пресноводным и наземным животным, среди морских организмов осморегуляцией обладают все позвоночные (кроме миксин), некоторые ракообразные, полихеты, моллюски.

У высших организмов при изменении осмотического давления крови или межклеточной жидкости осморецепторы генерируют импульсы, которые передаются в нервные центры. При этом осуществляется управление потреблением воды и солей (и их выделением) осморегулирующими органами — нефридиями, почками, солевыми железами и т. д.

Механизм осморегуляции:

Гиперосмотический (осмотическое давление в жидкости внутренней среды больше, чем во внешней среде). Избыток воды выводится у животных в основном почками

Гипоосмотический (внутреннее давление меньше внешнего). Недостаток воды (при пассивной потере через покровы тела) компенсируется в результате потребления богатой солями воды, а избыток солей выводится преимущественно через солевые жел

Гомойосмотические животные - животные, обладающие способностью сохранять более или менее постоянное осмотическое давление крови и тканевой жидкости, отличное от осмотического давления во внешней среде. (пресноводные беспозвоночные, костистые рыбы, водные пресмыкающиеся и млекопитающие)

Пойкилосмотические животные – осмотическое давление крови меняется параллельно с его изменением во внешней среде. Однако у этих животных имеется клеточная осморегуляция.

В зависимости от обстоятельств наземным животным приходится противодействовать и гипергидратации, и дегидратации. Соответственно этому они используют механизмы как гипотонической, так и гипертонической осморегуляции

Вне водной среды у животных происходит «разделение» водного и солевого обмена: обмен ионов через покровы тела исключается, минеральные вещества поступают в организм только с пищей и выводятся в составе мочи, фекалий и специальных экскретов.

Связь водного и солевого обмена сохраняется только на уровне метаболических процессов и осуществляется на базе внутренних физиологических структур.

Среди беспозвоночных животных наиболее полно освоили наземную среду насекомые и паукообразные.

Имеют плотные, слабо проницаемые для воды покровы, преобразованная выделительная функция и повышенная способность к утилизации метаболической воды. Мальпигиевые сосуды насекомых удаляют продукты азотистого обмена в очень концентрированном виде, почти без воды. В крови их много мочевины, что позволяет поддерживать высокую осмотичность крови при дефиците неорганических ионов.

Среди позвоночных наиболее совершенные адаптации сформировались у пресмыкающихся, птиц и млекопитающих.

У рептилий и птиц конечным продуктом азотистого обмена является главным образом мочевая кислота, для выведения которой почти не расходуется вода. (урикотелический обмен)

У млекопитающих сохранился уреотелический тип азотистого обмена, при котором вода необходима как растворитель при выделении мочевины.

Дегидратация организма и поступление с водой и пищей избытка солей равным образом нарушают осмотическую концентрацию плазмы крови и тканевых жидкостей

Важна не только экономия воды, но и выведение избытка солей, возникающего при водном дефиците. Положение усугубляется тем, что многие пустынные виды используют воду из соленых источников. В аналогичных условиях оказываются животные соленых болот, морских побережий и т.п., испытывающие солевую нагрузку.

У рептилий солевая нагрузка, как и дегидратация, ограничивает уровень клубочковой фильтрации и таким образом обеспечивает консервацию воды в организме.

При этом изменения содержания электролитов в моче хорошо коррелируют с динамикой их состава и количества в пище.

Значительная часть солей выводится в виде уратов, слабая растворимость которых позволяет экономить расход воды на солевую экскрецию.

Среди птиц наиболее интенсивно выводят соли с мочой пустынные виды и формы, связанные с солеными водоемами.

Аналогичную закономерность можно отметить и для млекопитающих: у них тоже степень почечной экскреции солей коррелирует с условиями естественной солевой нагрузки на организм.

В дополнение к почечной экскреции у млекопитающих соли выводятся также и через кишечник. У травоядных форм, например, этим путем выводятся почти весь фосфор и кальций. У пустынных грызунов (большая песчанка) обезвоживание организма почти в два раза усиливает выведение зольных веществ с пометом; в частности таким путем выделяются ионы калия и натрия.

У рептилий и птиц в дополнение к почкам существенную роль играют специальные солевые железы.

Их специфическая функция – продуцирование концентрированного солевого раствора в условиях солевой нагрузки.

Развиты у видов, регулярно подверженных избыточному поступлению солей: морские формы, обитатели соленых болот, рептилии безводных пустынь.

Железы продуцируют секрет только в условиях повышенной солевой нагрузки

В природных условиях могут возникать ситуации, характеризующиеся солевой недостаточностью. Особенно это свойственно растительноядным животным. Плотоядные животные в этом отношении более независимы, т.к. всегда получают с пищей определенное количество солей.

У леммингов повышается интенсивность реабсорбция ионов натрия и калия в толстой кишке.

Весной, когда почвы тундр бедны солями, северные олени начинают поедать яйца и птенцов наземно-гнездящихся птиц. Также выгрызают пятна почвы и снега, на которые попадает моча.