Страница 7 из 82
При определенных условиях литоральным организмам угрожает также опасность переосолонения. В результате испарения воды из луж и «ванн» концентрация в них соли сильно возрастает. Только приход приливной волны объединяет «ванну» со всем Мировым океаном, уравнивает содержание соли и избавляет обитателей «ванн» от угрозы засоления заживо.
В чем же заключается опасность избытка или недостатка соли в воде?
Выше уже говорилось, что клетки всех животных содержат в себе ионы солей в определенной концентрации, близкой по составу к морской воде; в случае нарушения этого условия клетки погибают.
При распреснении под влиянием сил осмотического давления вода стремится проникнуть в ткани организма, а соли — уйти в окружающую среду. Если это происходит, то ткани разбухают от избытка влаги и наступают их необратимые изменения.
В процессе эволюции животные выработали различные приспособления, позволяющие им защищаться от нарушения водно-солевого режима.
Наиболее крупных результатов в области изучения этой проблемы добился член-корреспондент АМН А. Гинецинский. Им установлено три главных типа таких приспособлений.
Самый простой защитный механизм обнаружен у более примитивных животных и может быть проиллюстрирован на примере морского червя — пескожила, или арениколы. Пескожил, как видно из названия, обитает в грунте песчаных пляжей, где роет норки глубиной 30–40 сантиметров. Естественно, что во время отлива в норки может попасть пресная вода, но для пескожилов это не очень опасно.
Исследования показали, что они выносят опреснение до 50 процентов от нормы. Недостаток соли не оказывает на их организм вредного воздействия.
По мере усложнения организации ткани животных становятся более уязвимыми. На тех же пляжах и на той же глубине обитают песчаные ракушки из рода мия. Тело моллюска защищено от воздействия пресной воды двойной оболочкой — раковиной и лежащей под ней кожной складкой — мантией. Наружу из норки выступает лишь длинный вырост с двумя отверстиями — сифон. Через одно отверстие во время прилива вода поступает внутрь раковины, через другое выбрасывается. Этим обеспечиваются питание и дыхание моллюска. Если при отливе в норку, где живет мия, подлить немного пресной воды, отверстия сифона мгновенно замыкаются. Спустя некоторое время они снова открываются. Однако лишь только вода попадает внутрь, происходит новое замыкание. Моллюск как бы пробует воду на вкус. При замене пресной воды на морскую отверстия сифона уже не закрываются. Если в опресненную воду поместить моллюска с поврежденной раковиной, его ткани тоже повреждаются и он погибает.
Итак, более высокоорганизованные животные выработали иной механизм защиты. Он заключается в надежной временной изоляции от внешней среды и развитии специфических органов чувств. Эти приспособления имеют и свои недостатки: в распресненной воде у изолированных от внешней среды животных снижаются обмен веществ и активность, они не могут ни двигаться, ни питаться.
Высшего развития в приспособлении к условиям существования в быстро изменяющейся солености достигают ракообразные и рыбы. При попадании этих животных в распресненную среду их органы выделения начинают усиленно выводить из организма лишнюю воду. Одновременно через жабры в кровь всасываются соли натрия. В среде повышенной солености органы выделения выводят избыток солей; через жабры в организм всасывается вода и одновременно удаляются ионы натрия. Этот сложный физиологический механизм обеспечивает высокоорганизованным животным возможность легко переносить как распреснение, так и переосолонение среды и быстро приспосабливаться к растворам любой концентрации. Активность ракообразных и рыб при этом не изменяется. Лососевые, осетровые и другие проходные рыбы, живущие в море, свободно входят для икрометания в реки. Крабы, обитающие вблизи устьев рек, при отливе продолжают свою повседневную деятельность, несмотря на потоки пресной воды, попадающие на осушную зону.
Австралийские рифовые цапли гнездятся вдали от моря, иногда на расстоянии 50 и более километров, но кормятся на литорали. Ежедневно стаи больших белых птиц покидают свои гнезда и устремляются к побережью, причем всегда прилетают на место кормежки в период низкого стояния воды. А ведь время отлива ежедневно сдвигается на 50 минут. Можно подумать, что цапли не только знают, который час, но еще сверяются с таблицей приливов!
Способность живых организмов определять время суток была известна давно. По преданиям Батый возил в своем войске петухов, чтобы они по утрам будили его воинов. На Руси издревле определяли время, предшествующее восходу солнца, по петушиному крику. Выражение «Еще третьи петухи не пропели», говорящее о раннем предутреннем часе, по сей день сохранилось в живом русском языке, а в сказках оно встречается на каждом шагу. Жизнедеятельность многих растений подчинена суточному ритму. Общеизвестно, что цветки каждого вида растений раскрываются в строго определенное время суток. Шиповник и мак в 4–5 часов утра, мать-и-мачеха — в 9–10 часов. Душистый табак раскрывает свои ароматные цветки к 8 часам вечера, а ночная фиалка на час позднее.
В некоторых ботанических садах специально высаживают растения, цветущие в различное время суток, на одну и ту же клумбу. В назначенное самой природой время, как по сигналу, венчики одних цветков раскрываются, а других закрываются. «Цветочные часы» отличаются необыкновенной точностью хода. Слова грузинской песни: «Розы пахнут по утрам, а фиалки по ночам» — удачно характеризуют зависимость жизнедеятельности растений от времени суток. Характеризуют, но не объясняют.
Прямая связь между раскрытием цветков и солнечным светом казалась настолько очевидной, что в течение многих столетий не требовала никаких объяснений. Но вот в 1729 году французский ученый де Мэран сделал поразительное открытие. Любому крестьянину было известно, что фасоль, бобы, горох и клевер (все это растения из семейства бобовых) на ночь складывают свои листочки, а с первыми лучами солнца вновь расправляют и поднимают их. Все полагали, что именно солнечный свет распрямляет листья. Так думал и де Мэран, но вот однажды он поставил горшки со своими бобами в совершенно темное помещение, а к утру листочки на всех растениях были раскрыты, как будто они освещались ярким солнцем. Так было установлено, что растения обладают каким-то скрытым механизмом, управляющим их суточным ритмом. 1729 год был годом рождения целой науки — учения о биологических часах. Особенно большие успехи в области изучения биологических ритмов благодаря появлению новых научно-технических средств достигнуты в последние годы. Теперь установлено, что в основе суточной ритмики живых организмов лежит работа так называемых внутриклеточных биологических часов.
В течение суток все клетки растений и животных изменяют не только интенсивность, но в ряде случаев и направление обмена веществ. Так, у зеленых растений в продолжение дня физиологические процессы направлены главным образом на осуществление фотосинтеза. В ночное время, когда фотосинтез невозможен, интенсивнее идет рост. Сложные процессы, происходящие в течение ночных часов в клетках бобовых, приводят в конце концов к поднятию листков. Таким образом, растение, пока солнце еще за горизонтом, подготавливается к более полному улавливанию света его лучей.
У животных в течение суток изменяется интенсивность дыхания, количество сахара в крови, у теплокровных — температура тела и т. д. Куры, как и большинство птиц, активны в светлое время суток, а ночью спят. Во время сна происходит восстановление утомившейся за день нервной системы. Петухи, просыпаясь еще ночью, начинают петь, приветствуя приближающееся утро. Они поют по утрам, даже если их поместить на несколько суток в полную темноту.
Внутриклеточные биологические часы, как и те приборы для отсчета времени, которые изготавливаются руками человека, периодически требуют корректировки хода. В природе имеется несколько синхронизаторов хода биологических часов с астрономическим временем. Главный из них — смена темного и светлого времени суток. Осенью, когда солнце встает позднее, позднее поют и петухи, так как восход каждый день делает небольшую поправку в показаниях их внутренних часов.