Задание №178017: Турнир Ломоносова 2007

6. Как известно, жизнь зародилась в море, а потом распространи-
лась в пресные водоёмы и на сушу. Во времена зарождения жизни
солёность морей была невысокой. Эта солёность примерно равна солё-
ности внутренней среды человека и большинства других организмов.
С тех пор прошли миллионы лет, облик Земли менялся, в результате
геологических процессов образовались современные моря с высокой солё-
ностью (в 3–4 раза выше, чем в древних) и пресные водоёмы. Орга-
низмы в них должны были приспособиться к новым условиям. Какие
приспособления могли помочь организмам выжить в сильно солёной
или пресной воде?
Когда жизнь только зарождалась, солёность в морях была очень
невелика. Такой же была и концентрация солей внутри живых существ.
Постепенно солёность морей возрастала за счёт солей, вымываемых
дождями из горных пород. Солёность внутренней среды организмов
оказалась ниже солёности окружающей воды, и им пришлось столк-
нуться с проблемой сохранения воды, поскольку по законам осмоса вода
стремилась выйти из их тела наружу. Дело в том, что сквозь мембрану
клетки вода может проходить свободно, а вот соли и другие растворен-
ные в воде вещества, как правило, сами проходить не могут. Возможен
только активный (т. е. с затратой энергии) их транспорт.
Часть морских организмов смогла выжить, увеличив концентрацию
солей внутри себя и сравняв её с солёностью окружающей среды. К ним
относятся кишечнополостные, гребневики и некоторые другие. О таком
66

способе приспособиться писали в своих ответах довольно многие школь-
ники. Менее известен тот факт, что ряд живых существ добиваются
осмотического равновесия с окружающей средой за счёт накопления
внутри тела не солей, а каких-то других веществ. Это важно потому,
что растворимые соли в водной среде присутствуют в основном в виде
ионов, а высокая концентрация ионов может плохо влиять на биохи-
мические реакции внутри организма. Поэтому удобнее создавать осмо-
тическое давление с помощью неионных соединений. Так акулы, скаты
и химеры, а также редкие лягушки, способные жить в солёной воде,
используют для уравнивания осмотического давления мочевину, а неко-
торые другие организмы накапливают в клетках сахара, глицерин и т. п.
Другая достаточно очевидная мысль заключается в том, что умень-
шить осмотические проблемы можно с помощью непроницаемых покро-
вов. Через такие покровы вода просто не будет проходить. Однако ни
один живой организм не может существовать совершенно изолированно
от окружающей среды, поэтому не известно ни одного организма с пол-
ностью непроницаемыми покровами. Конечно, можно покрыть непро-
ницаемой «бронёй» б´ольшую часть тела, но всегда остаётся пищевари-
тельная система, органы дыхания, глаза и другие поверхности, через
которые окружающая вода будет контактировать с клетками.
Поэтому большинство солоноводных организмов в той или иной сте-
пени теряют воду и должны возмещать потери за счёт питья. Но при
этом в организм проникает избыточное количество солей — их надо
как-то выводить. Как правило, почки с этой задачей не справляются,
поэтому выделение солей происходит иначе. Хотя у солоноводных орга-
низмов выделяется с мочой мало воды и много солей, этого всё же недо-
статочно для поддержания равновесия. Так, морские костистые рыбы
выделяют соль отчасти через специальные клетки в жабрах, отчасти —
через анальное отверстие в виде кристаллов. Это активный процесс,
он требует затрат энергии. Аналогично происходит регуляция у неко-
торых членистоногих, среди которых широко известный рачок артемия.
У него тоже есть органы, выводящие соль, причём разные у личинки и
у взрослого организма.
В пресной воде живые существа испытывают противоположнае
трудности: так как концентрация растворённых веществ внутри выше,
чем снаружи, вода стремится проникнуть внутрь организма. В боль-
шинстве случаев солёность внутренней среды пресноводных организ-
мов невелика, гораздо ниже, чем морских. Но всё-таки совсем прес-
ной (т. е. лишённой растворённых веществ) внутренняя среда быть не
может. Пресноводные организмы должны научиться выводить излишки
67

воды из организма или не допускать проникновения воды в клетку.
Непроницаемые покровы и тут помогают только отчасти. У многих
простейших для выведения воды существует сократительная вакуоль
(этот органоид описан в школьном учебнике биологии — поэтому про
него знают многие школьники).
Другой способ избавляться от лишней воды — выведение её с помо-
щью почек. При этом почки разных пресноводных организмов — кост-
ных рыб, моллюсков (например беззубки), ракообразных (например
речного рака) — устроены по-разному, но все они выводят большое
количество очень жидкой мочи, тем самым избавляя хозяина от лиш-
ней воды и минимизируя потерю солей. Правда даже такую небольшую
потерю приходится потом восполнять активным поглощением солей из
окружающей среды.
А вот растительные организмы используют другую стратегию. Дело
в том, что их клетки окружены плотной клеточной стенкой. Сама по
себе эта стенка не мешает проходу воды внутрь клетки, но когда клетка
внутри раздувается от поступившей жидкости, клеточная стенка начи-
нает давить на клетку снаружи, не давая ей лопнуть. Чем больше разду-
вается клетка, тем сильнее давит стенка, создавая внутри повышенное
давление жидкости. В результате устанавливается равновесие: осмо-
тического давления оказывается недостаточно для преодоления внут-
риклеточного давления и проникновения в клетку дополнительного
количества воды. Такой механизм удобен, поскольку не требует затрат
энергии на выведение воды из организма, хотя, конечно, на построение
клеточной стенки энергию тратить приходится.
Ещё один аспект, который может влиять на жизнь водных
существ, — это соотношение плотности, вязкости, течений и вообще
условий обитания в солёной и пресной воде. Это может сказываться на
жизни планктона — организмов, парящих в воде. В пресной воде парить
труднее (из-за меньшей плотности), поэтому организмам приходится
увеличивать выросты тела для увеличения трения о воду. А активно
плавающим существам в солёной воде придётся особенно заботиться об
обтекаемости тела для снижения трения. Если школьники в своих отве-
тах писали об этом, разумно обосновывая своё мнение, они получали
положительные баллы.