Słona Woda?
Ostatnio moja 5-letnia córka zapytała mnie, dlaczego większość rekinów żyje w słonej wodzie. Czy może mi Pan pomóc udzielić jej odpowiedzi?
Miguel
Oakville, Ont.
Kolejne wspaniałe pytanie!
Aby przeprowadzić złożone reakcje chemiczne, które podtrzymują życie, wszystkie żywe istoty – w tym rekiny i ludzie – mają w swoich ciałach zapas wody i soli. Chociaż skóra i inne żywe tkanki wyglądają na stałe, w rzeczywistości mają w sobie maleńkie pory. Małe cząsteczki, takie jak woda i sole, mogą łatwo przechodzić tam i z powrotem przez skórę. Jeśli jednak po jednej stronie skóry znajduje się więcej jednego rodzaju cząsteczek niż po drugiej, niektóre z nich będą się przemieszczać z obszaru o wyższym stężeniu do obszaru o niższym stężeniu, w naturalnym procesie zwanym „dyfuzją”. Dyfuzja będzie zachodzić do momentu, gdy stężenie danej cząsteczki będzie równe po obu stronach skóry. Dyfuzja jest sameproces, który pozwala kostka cukru całkowicie rozpuścić się w filiżance herbaty lub kawy: cząsteczki cukru rozprzestrzeniają się z obszaru o wysokim stężeniu (kostka) do obszaru o niskim stężeniu (herbata lub kawa); w końcu wszystkie części herbaty lub kawy są jednakowo cukrowe.
Morze składa się głównie z wody, ale rozpuszczone w wodzie są również różne sole. Stężenie soli w wodzie morskiej wynosi zwykle około 3 do 4%. Tkanka żywa człowieka i większości ryb jest znacznie mniej słona niż ta. W rezultacie, wewnątrz człowieka lub ryby znajduje się więcej słodkiej wody niż na zewnątrz w morzu. W odpowiedzi na to, woda w naturalny sposób dyfunduje z ciała przez skórę, jakby próbując rozcieńczyć wodę z morza. (Dyfuzja wody przez półprzepuszczalną membranę jest specjalnym przypadkiem dyfuzji, zwykle nazywanym „osmozą”; dla uproszczenia będę tu nadal używał terminu dyfuzja). Ludzka skóra jest względnie wodoszczelna, ale skóra ryb jest raczej nieszczelna. W rezultacie ciała większości ryb morskich nieustannie tracą słodką wodę na rzecz otaczającego je morza. Jednak wszystkie żywe organizmy potrzebują zapasów wody w swoich ciałach, aby móc prawidłowo funkcjonować. To, co większość ryb musi robić, aby przywrócić wodę potrzebną ich ciałom, to pić dużo i dużo wody morskiej. Słyszałeś wyrażenie „pije jak ryba”? Cóż, to prawda: ryby morskie piją wodę niemal bez przerwy. Aby pozbyć się nadmiaru soli zawartej w wodzie morskiej, wiele ryb ma w skrzelach wyspecjalizowane struktury wydzielające sól, zwane „komórkami chlorkowymi”.
Ale rekiny wpadły na inną strategię. Zamiast być mniej słonym niż morze, rekiny przechowują pewne odpady metaboliczne (mianowicie mocznik i tlenek trimetyloaminy, w skrócie TMAO), tak że ich ogólna „słoność” jest w rzeczywistości nieco większa niż w morzu. W rezultacie rekiny nie tracą nieustannie zapasów słodkiej wody w organizmie na rzecz morza. Zamiast tego, świeża woda, której potrzebują, delikatnie dyfunduje do ich ciała przez usta, skrzela i inne odsłonięte błony. Nadmiar wody w ciele rekina jest filtrowany przez nerki i wydalany przez otwór zwany „kloaką”, znajdujący się pomiędzy płetwami miednicznymi (najbardziej wysunięte do tyłu płetwy, za brzuchem rekina). Ale ma swoje ograniczenia.
Jeśli typowy rekin miałby przepłynąć swoim bardzo „słonym” ciałem do słodkiej wody, do jego tkanek dostałoby się tyle słodkiej wody, że nerki musiałyby pracować w nadgodzinach, aby się jej pozbyć. Jest to bardzo energochłonny proces, który wyjaśnia, dlaczego większość rekinów nie wchodzi do słodkiej wody: wydalanie słodkiej wody jest po prostu zbyt dużym wysiłkiem. Ale niektóre rekiny, takie jak żarłacz śledziowy (Carcharhinus leucas), są w stanie wejść do słodkiej wody na dłuższy okres czasu. Osiągają tę zgrabną sztuczkę dzięki znacznemu obniżeniu stężenia mocznika i TMAO w ich organizmach. Mimo to, Rekin Byk w słodkiej wodzie jest nieco bardziej słony niż otaczające go środowisko, tak więc musi nieustannie wydalać nadmiar wody w postaci rozcieńczonego moczu. W sumie, około 43 gatunków rekinów i płaszczek (które są zasadniczo spłaszczonymi rekinami) spędza przynajmniej część swojego życia w słodkiej wodzie. Jednak jedna rodzina płaszczek południowoamerykańskich – tak zwane płaszczki rzeczne (Potamotrygonidae) – wyewoluowała z morskiego przodka i przystosowała się do życia w wodach słodkich. Tak bardzo, w rzeczywistości, że ich ciała straciły zdolność do wytwarzania mocznika i – jeśli umieścić w pełnowartościowej wodzie morskiej, szybko umierają. Te słodkowodne płaszczki są zdławione przez swoją biochemię.
Czasami nie można już wrócić do domu.