Чи можна пити морську воду?

Погано в морі без прісної води — це кожному відомо. До мук спраги додаються ще муки, заподіювані самим видом води, якої немає кінця. Повно! Чи так вона огидна, морська вода? Живуть у ній різні звірі, і нічого. Копошаться на дні морському черв’яки, повзають зірки і равлики, десь під каменем зачаївся восьминіг, над ним пливе медуза… Всі ці тварини — справжні діти моря. Їм не треба спеціально пристосовуватися до морської води, тому що ніде, крім морів, їх предки не жили.

Але інші організми колись дуже давно потрапили в солону воду з прісної. Наприклад риби. Кров риб, подібно до нашої, набагато прісніше морської води, а пити рибам доводиться морську воду. Значить, вона придатна для пиття? Живуть в океані і переселенці з суші — різні морські змії, черепахи. Місяцями не бачать землі альбатроси і буревісники. Що ж їм пити, як не морську воду? Живуть в океані і зовсім близькі наші родичі, морські ссавці. Не стане ж кит шукати питво на березі…

Це питання не пусте. Люди сторіччями б’ються над тим, як зробити морську воду придатною для пиття, а ще краще — і для зрошення полів. Яка маса води пропадає даремно! А раптом морські тварини поділяться з нами секретами, підкажуть вирішення цієї важливої проблеми?

Хто киту товариш

Якщо ми поступимо по логіці і в першу чергу звернемо своє запитання до найближчих своїх родичів — морських ссавців, нас спіткає розчарування. Секрет у них нехитрий: вони просто не п’ють.

Життя у кита куди суворіше в цьому сенсі, ніж у верблюда, — той хоч іноді доривається до води і випиває десять відер разом. Кит таких свят не знає. День за днем — всухом’ятку. Цідить, цідить кит океан через свій знаменитий вус, націдить пристойний ком їжі, відіжме його краще і ковтає. А пити не п’є — не можна, сухий закон. Також, скажімо, і тюлень: рибу ковтає, а воду намагається виплюнути.

Але ж без води жити не можна. Морські ссавці добувають її тим же способом, що і ссавці пустель: роблять воду самі.

При згорянні жирів і вуглеводів в якості одного з продуктів реакції утворюється вода. Вона і замінює той ковток, якого не дісталося киту і верблюду. Жир рятує від холоду, в ньому порятунок від спраги. Ось чому такі багаті жиром і кити, мешканці полярних вод, і верблюди, мешканці спекотних пустель. Верблюд запасає «воду» в горбах, середньоазіатські вівці — в жирному своєму курдюку. Якщо в горбі 120 кг жиру, то при повному окисленні з нього вийде 120 літрів води і ще мільйон калорій енергії — не так мало. Жир окислюється в процесі метаболізму, тобто обміну речовин, тому воду, добуту таким способом, звуть «метаболічною». Верблюд тривало виживає без води не тому, що він, як іноді думають, «воду в животі носить», а тому що він запасається жиром про запас.

Чудові й інші фізіологічні особливості верблюда, спрямовані на заощадження води. У нас, людей, температура не піднімається вище нормальної, як би не припікало сонце: ми випаровуємо воду з поверхні шкіри і охолоджуємо себе. Верблюд воліє ходити з високою температурою, але воду на потіння не витрачає. Лише коли перегрівання стає небезпечним для життя, він починає потіти.

Багато води втрачають тварини з сечею. Здавалося б, від цього нікуди не дітись, треба ж якось виводити з організму сечовину — відхід білкового обміну. Верблюд і тут знаходить вдосконалення. В його організмі сечовина пускається на синтез нових амінокислот. А в результаті вдається зберегти ще трохи води.

Зовсім не пити навіть верблюд не може, іноді йому необхідно порушити сухий закон, напитися. Але є в пустелі тварини, які ніколи не п’ють і навіть соковитої вологої їжі не їдять — обходяться однією метаболічною водою. Такі деякі гризуни. Важко їм доводиться. Вдень відсиджуються в норах, щоб не нагрітися — потових залозок у них немає зовсім. Кал гранично сухий, сеча гранично густа. Навіть ніс у цих звірків витягнутий, щоб поменше води випаровувати при видиху: проходячи по довгому носі, повітря трохи встигає охолодитися, і пара частково осідає на стінках носової порожнини. Тут вже воду рахують не на глотки і навіть не на краплі. Пар на обліку! Ось хто, виявляється, у кита товариш по нещастю — мешканці пустель. Кит не п’є, як і вони. Виходить, що морська вода непридатна для пиття?

Придатна!

І все ж пошуки фізіологів були винагороджені. Можна пити морську воду! Був проведений дослід: взяли баклана і влили йому в шлунок морської води. Що вийде? Баклан сидів, потрушував головою, вигляд у нього був не особливо незадоволений. А навіщо він головою-то трясе? Помітили: у нього з ніздрів тече якась рідина. Він смикає головою і крапельку з дзьоба скидає.

Коли рідину досліджували, виявилося, що це міцний розчин солі. Баклан якимось способом відділяв сіль від випитої води і викидав її з організму!

Дослідження показали, що у морських птахів і плазунів є чудовий орган — сольова залоза. Це справжнісінька опріснювальна установка, дуже ефективна. Коли така тварина нап’ється морської води, вона всмоктується в кров, кров біжить до всіх органів, у тому числі і до сольової залози, і в цій залозі опріснюється, з неї виходить хлористий натрій — кухонна сіль. Опріснення йде до тих пір, поки не встановиться вихідна, нормальна солоність крові. Виходить все одно, що пити прісну воду.

Сольові залози розташовані на голові. Їх протоки зазвичай потрапляють в порожнину носа. Тільки у черепах рідина витікає біля очей, і коли залоза працює, здається, що черепаха плаче. Нарешті стало зрозуміло, чому ллють сльози морські черепахи, виходячи на берег відкладати яйця. Всі казкові тлумачення довелося залишити дітям. Нічого черепахам не боляче, нічого їм не гірко, ні про які жахи вони не думають. Просто у них працює опріснювальний пристрій.

Сенсації приходять і йдуть, а наукові проблеми залишаються. Звичайно, дуже добре, що ми дізналися про існування сольової залози. Але куди важливіше було б знати, як вона працює.

Давайте з’ясуємо, до чого зводиться її робота. Кожна клітина залози однією стороною стикається з кров’ю, іншою — з рідиною, що наповнює протоку залози. У цій рідині солі багато, в крові — менше. Було б природно, щоб сіль рухалася з протоками в кров, тобто щоб по обидві сторони клітини її ставало порівну. А сіль йде у зворотний бік — звідти, де і так мало, йде туди, де багато!

Якщо оселедець покласти у воду, сіль піде з оселедця у воду, це знає кожна господиня, якій доводилося коли-небудь вимочувати оселедець. Якщо свіжий огірок залити розсолом, сіль піде з розсолу в огірок. Звідти, де багато, туди де мало,— як кажуть, по градієнту концентрації. А в сольовій залозі рух назад.

Для такого перекачування треба зробити роботу, затратити енергію. Це і роблять живі клітини сольової залози; енергію, яку вони витрачають, можна підрахувати. Але як реалізується ця енергія клітини, який механізм перекачування хлористого натрію — це питання.

Задом наперед

І ще питання: чому у морських птахів і черепах є клітини-опріснювачі, а у нас, людей, — немає? Є у нас такі клітини, ось що цікаво!

Прекрасні опріснювачі, вміють перекачувати сіль проти градієнта концентрації. Вся біда в тому, що у нас вони не тим кінцем повернені в крові! Щоб можна було пити морську воду, опріснювачі повинні гнати сіль із крові, а вони у нас нагнітають сіль в кров.

Звичайно, назвати це бідою можна тільки жартома. Це не біда наша, а порятунок, інакше б ми не могли пити прісну воду. А пити одну морську воду навряд чи б ми з вами погодилися!

З кожним ковтком випитої, а потім виведеної з крові води організм втрачає сіль, тому що вона разом з водою захоплюється в сечу. Але клітини людини можуть існувати тільки в осолоненому середовищі, втрата солі смертельно небезпечна. Ось тут-то на шляху вислизаючої солі встають клітини-опріснювачі, які забирають сіль із сечі і перекачують її назад у кров. Лише невелика частина солі втрачається з сечею.

Коли робота наших опріснювачів порушується, людина серйозно захворює. Це трапляється при так званій аддісоновій хворобі, важкому гормональному розладі. Іони натрію виходять з організму, і концентрація їх у крові загрозливо падає. Раніше знали тільки один порятунок — пили солону воду. Тепер у лікарів є хороші гормональні засоби, за допомогою яких робота ниркових опріснювачів знову налагоджується.

Значить, хоча наш організм забезпечений надійними опріснювачами, вони не в силах допомогти нам пити морську воду. Фізіологія людини розрахована на пиття води простої, прісної. Не могли ж наші віддалені предки враховувати, що через мільйони років людям знадобиться плавати по морях і океанах і перед ними постане проблема води.

Загальне – різному

І, тим не менш, навряд чи може зникнути інтерес до невідомого принципу, на якому працюють опріснювальні пристрою в живій природі. Як часто люди переконувалися, що рішення якої-небудь задачі живими організмами буває розумніше, економічніше, ніж в техніці! Чи не чекає така доля і проблему опріснення морської води? Нелегко буде розкрити механізм біологічних опріснювачів, але спробуємо хоча б намітити стратегію пошуку.

З великого досвіду, накопиченого фізіологією клітин, можна витягти одну дуже корисну думку: яку б незвичайну, спеціальну складну функцію не виконував той чи інший орган, клітини його не мають ніяких властивостей, принципово відмінних від того, що є в будь-яких інших клітинах. Коротше кажучи, у всіх випадках нова якість органу досягається комбінацією загальних, універсальних механізмів.

Робота такого чудового органу, як сольова залоза, — ще одне підтвердження цьому загальним принципам фізіології. Її повністю забезпечує механізм, властивий кожній тваринній клітині, а саме механізм, за допомогою якого клітина обмінює свій натрій на позаклітинний калій. Мова йде про одне з найпоширеніших і фундаментальних явищ клітинної фізіології.

Життєву важливість такого обміну для клітин неважко пояснити. Справді, в результаті обміну протоплазма по своєму іонному складу стає різко відмінною від позаклітинного середовища. По одну сторону від клітинної оболонки (всередині клітини) натрію мало, по іншу — багато. Досить дати натрію зелене світло, як він лавиною увірветься в клітку. Миттєво змінюється вся ситуація всередині клітини: клітина починає працювати в новому режимі.

Переклад клітини з одного стану в інший за допомогою потоку натрію — такий же загальний механізм, як, скажімо, розмноження клітин за допомогою хромосомного апарату. Щоб отримати в потрібний момент іонний потік, необхідно весь час підтримувати різницю концентрацій — запасати про запас потенційну енергію іонних градієнтів. Ось чому іони натрію завжди викачуються з клітин. Робить це особлива біохімічна система — «натрієвий насос».

Чи біжать імпульси по нервовому волокну, чи скорочуються м’язові клітини, чи електричний скат вражає ворога високовольтним ударом або просто клітини залози виливають свій секрет, всякий раз справа починається з натрієвої лавини, можливість якої завчасно забезпечена роботою насоса.

Звичайно, від природи була потрібна відома винахідливість, щоб на основі цього внутрішньоклітинного насоса скомбінувати насос, що перекачує натрій з одного позаклітинного середовища в інше — адже саме так працює сольова залоза баклана або опріснювальний пристрій наших нирок. Але це все ж таки відносно нескладне завдання. Фізіологи легко вирішують його на папері. Ось зрозуміти механізм роботи самого клітинного насоса — набагато важче.

Але якщо хід наших міркувань був вірний, то це означає, що вся величезна армія вчених, що займаються фізіологією нервових і м’язових клітин, волею-неволею працює і на проблему біологічних опріснювачів.

Автор: Дмитро Сухарев.