- В 1748 году французский физик Жан-Антуан Нолле поставил весьма интересный опыт – простой, но с очень неожиданным результатом.
Сперва он приготовил два раствора соли – слабый и крепкий. Затем Нолле взял два одинаковых сосуда и соединил их трубкой, а поперёк трубки установил перегородку – мембрану – из очень тонкой кожи. В один сосуд он налил слабый раствор соли, а в другой – крепкий, причём одинаковое количество; после этого он стал ждать – что же произойдёт.
Жан-Антуан Нолле (1700–1770)
- Каково же было удивление физика, когда через какое-то время уровень жидкости во втором сосуде начал повышаться – сам по себе! – а в первом, напротив, понижаться! Возникало впечатление, что какой-то невидимый насос медленно перекачивает жидкость из одного сосуда в другой!
Открытое явление Нолле так и назвал – «осмос», что по-древнегречески (ὠσμός) означает «проникновение, накачка, давление, толчок».
Многочисленные наблюдения показали – если два раствора, слабый и сильный, разделены тонкой перегородкой, которая пропускает растворитель (воду), но не пропускает растворённое вещество (соль), то более крепкий раствор начинает «выкачивать» воду из более слабого, стремясь «выровнять» концентрацию соли!
Как вы знаете, любой живой организм на Земле состоит из клеток, а каждая клетка отделена от окружающего пространства тонкой перегородкой – мембраной, оболочкой. Через эту мембрану происходит обмен веществ между клеткой и внешней средой. И если концентрация солей (или других растворённых веществ) снаружи и внутри оболочки различная, то начинает действовать тот самый «осмотический насос», открытый Нолле.
Можно сделать очень простой опыт: отрежьте два ломтика сырой картошки, и один положите в стакан с дистиллированной водой, а второй – в приготовленный раствор соли. Оставьте на ночь. С утра выньте ломтики и оцените разницу: ломтик картошки из стакана с чистой водой становится осклизлым, а ломтик в стакане с солёной водой остаётся жёстким и хрустящим! Почему?
Если у вас дома оставленный в воде картофель становится жёстким, значит и вода из-под крана у вас "жёсткая" – насыщенная солями щелочноземельных металлов...
Внутри клеток картофеля находится жидкость, в которой растворены разные соли и питательные вещества. Когда мы помещаем ломтик в чистую воду, концентрация солей внутри клетки оказывается выше, чем снаружи – и клетка начинает «накачивать» в себя воду через мембрану, разбухает и, наконец, лопается! Отсюда и склизкий налёт на поверхности. А вот в растворе соли «всё наоборот» – концентрация соли снаружи будет выше, чем внутри, и вода через мембрану, напротив, начинает «выкачиваться из клетки». Клетка картофеля «сушится», хотя находится внутри жидкости!
Если вы готовили шашлык, то помните: стоит посолить мясо – оно почти сразу же начинает «давать сок». Соль как будто вытягивает воду из мяса – это происходит благодаря осмосу. На поверхности чуть влажных кусочков образуется крепкий соляной раствор, который начинает интенсивно высасывать влагу из клеток!
- Вот теперь мы можем вернуться к рыбам. Наверное, вы знаете, что рыба «дышит водой», то есть проглатывает ртом воду и выпускает её наружу через расположенные по бокам головы жаберные крышки. Под крышками расположены жабры – специальные органы, состоящие из тысяч тонких лепесточков, густо пронизанных кровеносными сосудами. Через тонкие стенки жабр в кровь рыбы проникает кислород, растворённый в воде. Однако благодаря явлению осмоса также происходит и «перекачивание воды». В каком направлении? Оказывается, у разных рыб это направление разное!
Процесс дыхания у рыбы
- Если рыба живёт в речной, пресной воде (как окунь, щука или карась), то концентрация солей в тканях рыбы будет выше, чем в воде – поэтому осмотический насос постоянно накачивает воду внутрь клеток рыбы. Не только через жабры – через стенки глотки, через кожу, через глаза. Пить пресноводным рыбам совсем ни к чему – воды в их клетках и так полно! Более того, пресноводной рыбе приходится практически постоянно «писать», то есть сбрасывать излишки воды из тканей, иначе её клетки начнёт просто разрывать изнутри! Но «писает» такая рыба практически чистой водой.
Эти рыбы не пьют! Но много писают...
- Если рыба живёт в морской или океанской, солёной воде, то концентрация солей в тканях рыбы, наоборот, меньше, чем в воде – поэтому осмотический насос тоже работает наоборот: постоянно «вытягивает» воду из клеток рыбы, и через жабры, и через глаза, и просто через кожу. Так что морским рыбам (как людям!) приходится время от времени пить, то есть проглатывать воду в желудок. Иначе рыба погибнет от жажды – несмотря на то, что плавает в воде! А вот «писают» морские рыбы редко, зато весьма концентрированным солевым раствором – потому что в морской воде содержится очень много солей, ненужных организму. Эти соли рыба отфильтровывает почками и выводит наружу.
А эти пьют, но писают мало...
- Самое «хитрое» и экономичное решение «придумали» акулы. Дело в том, что благодаря наличию в тканях акул огромного количества мочевины концентрация солей «внутри» и «снаружи» клеток получается практически одинаковой. Поэтому, в отличие от других живых организмов, акулам, образно говоря, не нужно ни пить, ни писать. Никогда. Им хватает того малого количества воды, которое проходит через жабры, а для выделения лишних солей используется особая ректальная железа в кишечнике. Неплохо устроились, правда? Зато мясо у акул довольно вонючее, вы, надеюсь, уже догадались, почему?
А я и не пью, и не писаю! И всем довольна!
А как же киты, дельфины, тюлени, морские львы и другие млекопитающие, обитающие в морской воде? Они тоже пьют морскую воду? Оказывается, пьют, но только в исключительных случаях. Большинство морских млекопитающих (за исключением дюгоней и ламантинов) – хищники, питающиеся рыбой. А морская рыба уже «проделала» всю работу по удалению лишней соли из организма, так что морским млекопитающим вполне хватает «рыбьего сока» – той воды, которая содержится в сочной рыбе.
Вот если пищи нет – тогда нет и воды; тут уж поневоле приходится понемногу пить морскую воду. Полярные тюлени в таких ситуациях едят снег (как некоторые непослушные дети зимой).