又咸又苦的海水對(duì)陸地生物來講,攝入過量是致命的,這對(duì)海洋動(dòng)物同樣成立。既然海水很咸不能喝,那海洋動(dòng)物是怎么喝到淡水的?
這里先來說說陸地生物的鹽分?jǐn)z取問題,從平均數(shù)據(jù)來看,每升海水約有35克鹽。以人類為例,成年人每天建議的鹽攝入量僅有6克,過量的鹽會(huì)帶來高鈉血癥狀,甚至危及生命。
腎臟在眾多動(dòng)物中有著至關(guān)重要的作用,它可以過濾廢物,調(diào)節(jié)體內(nèi)多余的鹽分。腎臟過濾鹽分的同時(shí)也會(huì)因滲透壓的作用帶去更多的水分,因此我們會(huì)感到口渴。
從整體來看,海水的含鹽量在3.5%,血液為0.6%,過量的鹽分?jǐn)z入會(huì)改變血液濃度和鹽度,即使是海洋動(dòng)物也不能做到完全飲用海水。而且海洋哺乳動(dòng)物的血液和其他體液的鹽含量與陸地哺乳動(dòng)物,或者其他脊椎動(dòng)物的鹽含量并無太大差異。
海洋動(dòng)物在攝取海水后,血液鹽含量的濃度會(huì)比陸地動(dòng)物高出3倍。因此,海洋動(dòng)物也會(huì)產(chǎn)生更咸的尿液將多余的鹽分排出體外。例如海獅和海豹,它們的尿液鹽分濃度是海水的2.5倍。
不過,僅靠尿液排出多余的鹽分是不夠的,這會(huì)對(duì)腎臟和其他過濾系統(tǒng)帶來很大的負(fù)擔(dān)。同時(shí)也因海水鹽分過高,海洋動(dòng)物的水分流失也會(huì)比陸地動(dòng)物更快。在這樣的高滲透環(huán)境下,海洋動(dòng)物進(jìn)化出了多種過濾海水,以及適應(yīng)高鹽度環(huán)境的能力。
例如海魚的魚鰓,海魚魚鰓中的氯細(xì)胞會(huì)產(chǎn)生一種叫做鰓Na+/K+ATPase的酶。由于鹽會(huì)在魚類飲用海水時(shí)不斷聚集,這種酶可以清除血漿中多余的鹽分。酶與鈉產(chǎn)生反應(yīng)后會(huì)將它們從魚鰓中抽出,代價(jià)則是會(huì)消耗更多的能量。
另外,它們的腎臟也會(huì)選擇性地過濾掉二價(jià)離子,然后通過排泄系統(tǒng)排出體外。類似的例子在軟骨魚身上也有表現(xiàn),例如鯊魚和鰩魚,它們體液中的鹽濃度大約是海水的三分之一。即便如此,它們也能保持體內(nèi)滲透壓的平衡。
章魚體內(nèi)的Na+/K+ATPase酶活性
軟骨魚通過在體液中合成大量的有機(jī)化合物,主要成分為尿素,由此來調(diào)節(jié)體液、血液中的滲透壓濃度。對(duì)于其他脊椎動(dòng)物來講,高濃度的尿素是不正常的,尿素是脊椎動(dòng)物蛋白質(zhì)代謝的最終產(chǎn)物。
嚴(yán)格來講,尿素屬于身體的廢棄物,長時(shí)間滯留在體內(nèi)會(huì)被腎臟二次吸收。另外尿素還會(huì)使許多蛋白質(zhì)不穩(wěn)定,尤其是酶。不過軟骨魚會(huì)通過有機(jī)物質(zhì)修飾乙胺(TMAO)來解決這一問題,TMAO會(huì)抑制尿素對(duì)酶的作用。
對(duì)于硬骨魚來講,它們的鹽耐受范圍很寬,主要受生命周期和日?;顒?dòng)有關(guān)。前文提到的鰓過濾是它們的主要濾水方式,由于它們不能像軟骨魚那樣消除多余的鹽分,鰓在過濾海水的同時(shí),硬骨魚本身也會(huì)產(chǎn)生比體液更稀的尿液。
所以硬骨魚在不斷地?cái)z取海水的同時(shí),也在不停地排出多余的鹽分,強(qiáng)勁的腎臟會(huì)將多余的鹽分泵入尿液中。另外在部分動(dòng)物中,消化系統(tǒng)中的腺體也會(huì)去除多余的鹽分。
例如海龜流淚,它們看上去像是很悲傷,但這其實(shí)是它們過濾體內(nèi)鹽分的一種方式。更極端的例子比如幽靈蝦,它們可以比一般海洋動(dòng)物攝取更多的鹽分。幽靈蝦體內(nèi)的細(xì)胞可以進(jìn)行鹽濃度調(diào)節(jié),由此可以承受更高的鹽濃度,以此達(dá)到與環(huán)境中同等的滲透壓。
所以,海水的鹽濃度變化會(huì)嚴(yán)重影響它們的生存環(huán)境,這也是為什么海洋動(dòng)物一旦脫離海水,即便有水源讓它們活動(dòng),它們?nèi)匀缓芸鞎?huì)死去。
不過還有一些例外,比如海洋中的哺乳動(dòng)物,它們的身體構(gòu)造比一般的海洋動(dòng)物更加復(fù)雜,鰭足類和鯨目類動(dòng)物通常不飲用海水。大多數(shù)情況下,水是由獵物的蛋白質(zhì)(代謝水)的代謝和脂肪氧化(飲用水)提供。
這些哺乳動(dòng)物通常對(duì)食物很挑剔,它們會(huì)根據(jù)自己的喜好來選擇自己需要的食物。例如懷孕的海豚通常會(huì)食用具有更多蛋白質(zhì)和脂肪的魚類來補(bǔ)充身體營養(yǎng),同時(shí)滿足身體對(duì)水分的需求。
在鯨類動(dòng)物中,這些水分足以維持體內(nèi)的水平衡,由海水帶來的水分蒸發(fā)其實(shí)非常少,因?yàn)樗鼈儍?nèi)部有著十分強(qiáng)大的儲(chǔ)水系統(tǒng)。不過,在極端情況下,海水滲透壓過高引起的水分蒸發(fā)還是會(huì)讓它們飲用海水。
即使生活在海洋,哺乳動(dòng)物的代謝也仍然由腎臟完成。海洋哺乳動(dòng)物的腎臟十分高效,在長期的環(huán)境適應(yīng)中,它們可以排泄?jié)舛雀哂诤K哪蛞?。所以從這點(diǎn)來看,即使喝一些海水也不會(huì)對(duì)它們?cè)斐捎绊憽?/span>
所以這也能解釋,為什么海魚能在淡水中存活一段時(shí)間,但淡水魚卻不能生活在海水中。鹽濃度過高的海水會(huì)讓它們迅速脫水,鹽平衡一旦出現(xiàn)問題,淡水魚的身體甚至?xí)霈F(xiàn)膨脹。
正如前文提到,海水鹽濃度的變化會(huì)對(duì)海洋動(dòng)物帶來不利的影響。即使它們有著很強(qiáng)的鹽分過濾能力,但這也是長期的環(huán)境適應(yīng)帶來的變化和結(jié)果。
如今全球海洋在面臨不同程度的污染同時(shí),部分地區(qū)的海水鹽濃度也出現(xiàn)了不穩(wěn)定的情況。這對(duì)海洋生物來講比污染更可怕,為此人類在今天需要從多個(gè)層面去維護(hù)海洋環(huán)境的平衡,保護(hù)地球生物的多樣性。