Можно ли пить морскую воду?

Плохо в море без пресной воды — это всякому известно. К мукам жажды добавляются еще муки, причиняемые самим видом воды, которой нет конца. Полно! Да так ли она отвратительна, морская вода? Живут же в ней самые разные звери, и ничего. Копошатся на дне морском черви, ползают звезды и улитки, где-то под камнем затаился осьминог, над ним плывет медуза… Все эти животные — истинные дети моря. Им не надо специально приспосабливаться к морской воде, потому что нигде, кроме морей, их предки не жили.

Но другие организмы когда-то очень давно попали в соленую воду из пресной. Например, рыбы. Кровь рыб, подобно нашей, намного преснее морской воды, а пить рыбам приходится морскую воду. Значит, пригодна она для питья? Живут в океане и вселенцы с суши — разные морские змеи, черепахи. Месяцами не видят земли альбатросы и буревестники. Что же им пить, как не морскую воду? Обитают в океане и совсем близкие наши родственники, морские млекопитающие. Не станет же кит искать питье на берегу…

Это вопрос не праздный. Люди веками бьются над тем, как сделать морскую воду пригодной для питья, а еще лучше — и для орошения полей. Какая масса воды пропадает зря! А вдруг морские животные поделятся с нами секретами, подскажут решение этой важной проблемы?

Кто киту товарищ

Если мы поступим сообразно логике и в первую очередь обратим свой вопрос к ближайшим своим родичам — морским млекопитающим, нас постигнет разочарование. Секрет у них нехитрый: они просто не пьют.

Жизнь у кита куда суровей в этом смысле, чем у верблюда, — тот хоть иногда дорывается до воды и выпивает десять ведер разом. Кит таких праздников не знает. День за днем — всухомятку. Цедит, цедит кит океан через свой знаменитый ус, нацедит приличный ком пищи, отожмет его получше — и глотает. А пить не пьет — нельзя, сухой закон. Также, скажем, и тюлень: рыбу глотает, а воду старается выплюнуть.

Но ведь без воды жить нельзя. Морские млекопитающие добывают ее тем же способом, что и млекопитающие пустынь: делают воду сами.

При сгорании жиров и углеводов в качестве одного из продуктов реакции образуется вода. Она и заменяет тот глоток, которого не досталось киту и верблюду. Жир спасает от холода, в нем же спасение от жажды. Вот почему так богаты жиром и киты, обитатели полярных вод, и верблюды, обитатели знойных пустынь. Верблюд запасает «воду» в горбах, среднеазиатские овцы — в жирном своем курдюке. Если в горбе 120 кг жира, то при полном окислении из него получится 120 литров воды и еще миллион калорий энергии — не так мало. Окисляется жир в процессе метаболизма, то есть обмена веществ, поэтому воду, добытую таким способом, зовут «метаболической». Верблюд длительно выживает без воды не потому, что он, как иногда думают, «воду в животе носит», а потому что он запасается жиром впрок.

Замечательны и другие физиологические особенности верблюда, направленные на сбережение воды. У нас, людей, температура не поднимается выше нормальной, как бы ни припекало солнце: мы испаряем воду с поверхности кожи и охлаждаем себя. Верблюд предпочитает ходить с высокой температурой, но воду на потение не тратит. Лишь когда перегревание становится опасным для жизни, он начинает потеть.

Много воды теряют животные с мочой. Казалось бы, от этого никуда не деться, нужно же как-то выводить из организма мочевину — отход белкового обмена. Верблюд и здесь находит усовершенствование. В его организме мочевина пускается на синтез новых аминокислот. А в результате удается сберечь еще немного воды.

Совсем не пить даже верблюд не может, иногда ему необходимо нарушить сухой закон, напиться. Но есть в пустыне животные, которые никогда не пьют и даже сочной влажной пищи не едят — обходятся одной метаболической водой. Таковы некоторые грызуны. Трудно им приходится. Днем отсиживаются в норах, чтобы не нагреться — потовых железок у них нет совсем. Кал предельно сухой, моча предельно густая. Даже нос у этих зверьков вытянут, чтобы поменьше воды испарять при выдохе: проходя по длинному носу, воздух немного успевает охладиться, и пар частично оседает на стенках носовой полости. Здесь уже воду считают не на глотки и даже не на капли. Пар на учете! Вот кто, оказывается, у кита товарищи по несчастью — обитатели пустынь. Кит не пьет, как и они. Выходит, что непригодна морская вода для питья?

Пригодна!

И все же поиски физиологов были вознаграждены. Можно пить морскую воду! Был проделан опыт: взяли баклана и влили ему в желудок морской воды. Что получится? Баклан сидел, потряхивал головой, вид у него был не особенно недовольный. А зачем он головой-то трясет? Заметили: у него из ноздрей течет какая-то жидкость. Он дергает головой и капельку с клюва сбрасывает.

Когда жидкость исследовали, оказалось, что это крепкий раствор соли. Баклан каким-то способом отделял соль от выпитой воды и выбрасывал ее из организма!

Исследования показали, что у морских птиц и пресмыкающихся есть великолепный орган — солевая железа. Это самая настоящая опреснительная установка, очень эффективная. Когда такое животное напьется морской воды, она всасывается в кровь, кровь бежит ко всем органам, в том числе и к солевой железе, и в этой железе опресняется, из нее изгоняется хлористый натрий — поваренная соль. Опреснение идет до тех пор, пока не установится исходная, нормальная соленость крови. Получается все равно, что пить пресную воду.

Солевые железы расположены на голове. Их протоки обычно попадают в полость носа. Только у черепах жидкость вытекает возле глаз, и когда железа работает, кажется, что черепаха плачет. Наконец-то стало понятно, почему льют слезы морские черепахи, выходя на берёг откладывать яйца. Все сказочные толкования пришлось оставить детям. Ничего черепахам не больно, ничего им не горько, ни о каких ужасах они не думают. Просто у них работает опреснительное устройство.

Сенсации приходят и уходят, а научные проблемы остаются. Конечно, очень хорошо, что мы узнали о существовании солевой железы. Но куда важнее было бы знать, как она работает.

Давайте уясним, к чему сводится ее работа. Каждая клетка железы одной стороной соприкасается с кровью, другой — с жидкостью, наполняющей проток железы. В этой жидкости соли много, в крови — меньше. Было бы естественно, чтобы соль двигалась из протока в кровь, то есть чтобы по обе стороны клетки ее становились поровну. А соль идет в обратную сторону — оттуда, где и так мало, идет туда, где много!

Если селедку положить в воду, соль пойдет из селедки в воду, это знает каждая хозяйка, которой приходилось когда-нибудь вымачивать селедку. Если свежий огурец залить рассолом, соль пойдет из рассола в огурец. Оттуда, где много, туда где мало,— как говорят, по градиенту концентрации. А в солевой железе движение вспять.

Для такого перекачивания надо совершить работу, затратить энергию. Это и делают живые клетки солевой железы; энергию, которую они тратят, можно подсчитать. Но как реализуется эта энергия клетки, каков механизм перекачивания хлористого натрия — это вопрос.

Задом наперед

И еще вопрос: почему у морских птиц и черепах есть клетки-опреснители, а у нас, людей, — нет? Есть у нас такие клетки, вот ведь что забавно!

Прекрасные опреснители, умеющие перекачивать соль против градиента концентрации. Вся беда в том, что у нас они не тем концом повернуты в крови! Чтобы можно было пить морскую воду, опреснители должны гнать соль из крови, а они у нас нагнетают соль в кровь.

Конечно, назвать это бедой можно только в шутку. Это не беда наша, а спасение, иначе бы мы не могли пить пресную воду. А пить одну морскую воду вряд ли бы мы с вами согласились!

С каждым глотком выпитой, а затем выведенной из крови воды организм теряет соль, потому что она вместе с водой увлекается в мочу. Но клетки человека могут существовать только в осолоненной среде, потеря соли смертельно опасна. Вот тут-то на пути ускользающей соли встают клетки-опреснители, которые забирают соль из мочи и перекачивают ее обратно в кровь. Лишь небольшая часть соли теряется с мочой.

Когда работа наших опреснителей нарушается, человек серьезно заболевает. Это случается при так называемой аддисоновой болезни, тяжелом гормональном расстройстве. Ионы натрия уходят из организма, и концентрация их в крови угрожающе падает. Раньше знали только одно спасение — пили соленую воду. Теперь у врачей есть хорошие гормональные средства, с помощью которых работа почечных опреснителей снова налаживается.

Значит, хотя наш организм обеспечен надежными опреснителями, они не в силах по¬мочь нам пить морскую воду. Физиология человека рассчитана на питье воды простой, пресной. Не могли же наши отдаленные предки учитывать, что через миллионы лет людям понадобится плавать по морям и океанам и перед ними встанет проблема воды.

Общее – в различном

И, тем не менее, вряд ли может иссякнуть интерес к неизвестному принципу, на котором работают опреснительные устройства в живой природе. Как часто люди убеждались, что решение какой-нибудь задачи живыми организмами бывает остроумней, экономичней, чем в технике! Не ждет ли такая судьба и проблему опреснения морской воды? Нелегко будет вскрыть механизм биологических опреснителей, но попробуем хотя бы наметить стратегию поиска.

Из обширного опыта, накопленного физиологией клеток, можно извлечь одну весьма полезную мысль: какую бы необычную, специальную сложную функцию не выполнял тот или иной орган, клетки его не имеют никаких свойств, принципиально отличных от того, что есть в любых других клетках. Короче говоря, во всех случаях новое качество органа достигается комбинацией общих, универсальных механизмов.

Работа такого замечательного органа, как солевая железа, — еще одно подтверждение этому общему принципу физиологии. Ее полностью обеспечивает механизм, присущий каждой животной клетке, а именно механизм, посредством которого клетка обменивает свой натрий на внеклеточный калий. Речь идет об одном из самых распространенных и фундаментальных явлений клеточной физиологии.

Жизненную важность такого обмена для клеток нетрудно пояснить. В самом деле, в результате обмена протоплазма по своему ионному составу становится резко отличной от внеклеточной среды. По одну сторону от клеточной оболочки (внутри клетки) натрия мало, по другую — много. Достаточно дать натрию зеленый свет, как он лавиной ворвется в клетку. Мгновенно меняется вся ситуация внутри клетки: клетка начинает работать в новом режиме.

Перевод клетки из одного состояния в другое при помощи потока натрия — такой же общий механизм, как, скажем, размножение клеток при помощи хромосомного аппарата. Чтобы получить в нужный момент ионный поток, необходимо все время поддерживать разницу концентраций — запасать впрок потенциальную энергию ионных градиентов. Вот почему ионы натрия всегда выкачиваются из клеток. Делает это особая биохимическая система — «натриевый насос».

Бегут ли импульсы по нервному волокну, сокращаются ли мышечные клетки, электрический ли скат поражает врага высоковольтным ударом или просто клетки железы изливают свой секрет, всякий раз дело начинается с натриевой лавины, возможность которой заблаговременно обеспечена работой насоса.

Конечно, от природы потребовалась известная изобретательность, чтобы на основе этого внутриклеточного насоса скомбинировать насос, перекачивающий натрий из одной внеклеточной среды в другую — ведь именно так работает солевая железа баклана или опреснительное устройство наших почек. Но это все же относительно несложная задача. Физиологи легко решают ее на бумаге. Вот понять механизм работы самого клеточного насоса — гораздо труднее.

Но если ход наших рассуждений был верен, то это значит, что вся огромная армия ученых, занимающихся физиологией нервных и мышечных клеток, волей-неволей работает и на проблему биологических опреснителей.

Автор: Дмитрий Сухарев.