Химик-аналитик

Морские организмы относятся избирательно к химическим компонентам окружающей среды и пользуются для их обнаружения особыми рецепторами. Водные животные имеют дело преимущественно с веществами, находящимися в растворе. Их не разделишь на вкусовые и обонятельные. Однако рецепторы по своему строению легко различимы. У водных организмов они гораздо многочисленнее, чем у наземных существ, и нередко разбросаны по всему телу. Химические рецепторы могут быть универсальными или специализированными, предназначенными только для оценки общей солености воды, концентрации углекислоты или анализа других компонентов среды. Универсальные называются рецепторами "общего химического чувства".

Способность производить химический анализ веществ обнаружена уже у микроорганизмов. Для одноклеточных химическая информация является главным фактором, определяющим их поведение. У инфузорий химической чувствительностью обладает главным образом передний конец тела и так называемое "ротовое отверстие", что позволяет хорошо различать соли, кислоты, щелочи и многие другие вещества.

Инфузория туфелька способна проводить химический анализ компонентов среды обитания и в соответствии с его результатами осуществлять сложные и наиболее целесообразные в данной ситуации реакции. Туфелька - активный хищник. Пищей ей служат бактерии. Инфузории могут заглатывать и несъедобные частички различных веществ, взвешенные в воде, например, тушь, кармин и индиго.

Однако туфелька не будет глотать все подряд без разбора. Крохотные частички стекла, фарфора, серы, сернокислого бария инфузории решительно отвергают, безошибочно отбирая съедобные крупинки от несъедобных.

На передней половине тела инфузорий расположена продольная выемка - околоротовая впадина, в глубине которой находится овальное отверстие - клеточный рот, ведущий в изогнутую глотку. Биение околоротовых ресничек создает непрерывный ток воды, увлекающий взвешенные в воде частички внутрь ротового отверстия и глотки. В ее конце возле постоянно колеблющейся тоненькой мембраны из слипшихся ворсинок каждые 1,5 минуты образуется круглая пищеварительная вакуоль, которая увлекается внутрь клетки круговым движением эндоплазмы. Если туфельке предложить взвесь из красных частичек кармина и желтых частичек серы, то в окуляр микроскопа можно наблюдать, что кармин остается на дне глотки и время от времени в составе пищеварительных вакуолей переходит в эндоплазму инфузории, а частицы серы выбрасываются наружу. Аналогичным образом ведут себя морские инфузории.

Химические рецепторы кишечнополостных животных располагаются вблизи ротового отверстия, на щупальцах и в гастральной полости, то есть в "желудке". Актинию трудно обмануть, подсунув ей несъедобную приманку. Скорее всего она сразу ее отвергнет. Но если голодное животное все же ошибется и проглотит каучуковый шарик, обман будет скоро обнаружен и приманка извергнута наружу.

Возникновение ошибочных реакций, видимо, запрограммировано в генетических инструкциях, регулирующих пищевое поведение. Крупной актинии случается отобедать молоденькой мидией или устрицей. Моллюски, подвергшиеся нападению, накрепко захлопывают створки своей раковины, и "лизнуть" их, попробовать "на язык" хищник не может. Пищевую реакцию запускают механические воздействия известковой раковины. Возможность таких реакций должна быть предусмотрена, чтобы расширить круг пищевых объектов. Кишечнополостным, ведущим неподвижный образ жизни, нелегко обеспечить собственное пропитание. Благодаря менее щепетильному подходу к определению пригодности пойманных объектов в пищу актиния может приспособиться к совершенно новым видам дичи, а химический анализ, осуществляемый внутриполостными рецепторами, позволяет исключить неблагоприятные последствия возможных ошибок: все несъедобное немедленно удаляется из "желудка".

Актиния пытается "схватить" любой объект, коснувшийся ее щупалец, и если окажется сильнее добычи, удержит ее. Химический анализ подскажет животному, что делать дальше: выбросить этот предмет как ненужный или отправить его в желудок. Показатели химических рецепторов способны полностью затормозить оборонительно-пищевую реакцию. Привилегией "неприкасаемости" у актиний пользуются небольшие ярко окрашенные тропические рыбы - амфиприоны. Рыбешки вступают с актиниями в симбиотические отношения, с разбором выбирая себе покровителей. Одни виды амфиприонов становятся сожителями вполне определенных видов актиний, другие более универсальны и дружат с кем попало. Предпочтение отдается крупным актиниям. Рыбки парочками и даже небольшими стайками поселяются вблизи своего защитника, никогда далеко от него не отплывают и здесь же, у подошвы актинии, откладывают икру, а в случае малейшей опасности мгновенно скрываются среди щупалец. Часто амфиприоны специально трутся о щупальца, видимо, получая от этого удовольствие, а актиния даже не вздрагивает. Воздержаться от агрессии ее заставляет слизь, покрывающая тело рыбок. Если слизь тщательно удалить, актиния безжалостно расправится с амфиприоном. Зато стеклянная палочка, смазанная слизью этих рыбешек, не вызовет ни оборонительной, ни пищевой реакции животного.

Хорошо выраженной вкусовой чувствительностью обладают самые различные черви. Полихеты на расстоянии 25-30 сантиметров ощущают присутствие пищи, покидают свои норки и прямиком направляются к ней. Повышенной химической чувствительностью обладают личиночные стадии паразитических червей, она помогает им в поисках "хозяев". Это относится и к червям, живущим в симбиозе с другими организмами. Им тоже необходимо отыскать подходящего партнера, и тут самый надежный критерий - запах живого существа или его вкус, хотя будущего компаньона по совместному житью на зубок, конечно, не пробуют.

Если полихету - комменсала морских звезд (комменсализм - одна из форм симбиоза, когда один из партнеров получает выгоду из содружества с другим организмом) поместить в аквариум, где находится морская звезда, червь это почувствует и тотчас пустится на ее поиски. Другое дело, если звезде нанести травму. Полихета по запаху об этом непременно прознает. Раненая звезда не может стать надежным партнером, и полихета будет старательно избегать встречи с ней.

Химические рецепторы брюхоногих моллюсков разбросаны по всему телу, по голове, ноге и мантии. Есть они на губе и ротовых щупальцах. Кроме того, химическим анализом занят специальный орган - осфрадий. В переводе с латыни "осфрадиум" означает "нюхаю". Он позволяет охотнику находить подходящую дичь и избегать сидящих в засаде хищников. У морского зайца здесь находятся рецепторы, предназначенные для определения концентрации в воде кислорода.

Химические рецепторы позволяют моллюскам активно разыскивать пищу. Небольшие улитки верши, широко распространенные по океанам и морям, серьезно мешают рыболовству там, где их много, так как благодаря хорошему обонянию быстро обнаруживают наживку, мелкую рыбешку, насаженную на рыболовные крючки, и обгладывают легко доставшуюся добычу.

Аналогичным образом моллюски обнаруживают хищников. Морские гребешки смертельно боятся морских звезд. Учуя "запах" приближающегося врага, гребешок подпрыгивает, словно ужаленный, и, энергично хлопая створками раковины, уносится прочь. Улитки верши, обнаружившие приближение морской звезды, даже не пытаются уползти, явно проигрывая хищнику в скорости, а начинают бешено кувыркаться, и это позволяет им откатиться на безопасное расстояние. У осьминогов химическими рецепторами снабжены щупальца. Чувствительные клетки располагаются главным образом на присосках. Хинин осьминоги обнаруживают в концентрации, которая в 100 раз меньше той, что доступна для человеческого восприятия.

У ракообразных химические рецепторы находятся на передних усиках, покрытых крохотными щетинками. Благодаря своей подвижности, они обеспечивают активное, направленное изучение ближайшего пространства. На щетинках расположены обонятельные приемники дальнего действия для обнаружения пищи, врагов, половых партнеров, а чувствительные элементы, базирующиеся на ротовых частях, ведут контроль за тем, что направляется в желудок. Первичный пищевой контроль высшие раки производят клешнями, для чего на их внутренних поверхностях расположены "вкусовые" рецепторы. Не правда ли, удобно?

Химическая рецепция универсальна. Морские желуди, относящиеся к усоногим ракам, живут в собственных замках-башенках, выстроенных на прибрежных скалах и лежащих на дне камнях. Их колонии напоминают селения сванов. Хозяева башен никогда не покидают своих убежищ. Участок для возведения замка выбирают личинки, ведущие свободный образ жизни. Удобным местом считается такое, где раньше уже стояла крепость другого рачка: если кто-то сумел здесь благополучно скоротать свою жизнь, можно считать, что участок хороший. От фундамента старых домов, когда они наконец отваливаются от скал, на поверхности камня всегда остается след, остатки нерастворимого в воде белка, который входит в состав наружных покровов всех ракообразных. Личинка морского желудя антеннами тщательно обследует место, где раньше стоял чей-то замок, и начинает строиться. Каким образом она улавливает "запах" нерастворимого белка, не известно. Возможно, рецепторы снабжены специальным растворителем.

Морские организмы пользуются для общения специально вырабатываемыми пахучими веществами - феромонами. Без них ритуалы брачного поведения раков неосуществимы. Дело в том, что самки способны спариваться лишь в течение очень короткого периода, от нескольких минут до часа, лишь непосредственно после линьки, пока новый панцирь еще не затвердел. Если самка хочет стать матерью, она должна заблаговременно оповестить самцов, что готовится сменить одежду. Крабы и омары выделяют с мочой чрезвычайно стойкие феромоны, сохраняющие свои свойства после кипячения, высушивания и замораживания воды. Высшие/ ракообразные в качестве феромона пользуются гормоном линьки, выделяемым крохотными железками, находящимися на глазных стебельках.

Органы обоняния рыб внешне напоминают аналогичный анализатор высших позвоночных. На голове рыбы впереди глаз можно найти отверстия. У костистых они находятся в верхнебоковой поверхности рыла, а у акул - на его брюшной стороне. Это не ноздри, а всего лишь обонятельные ямки или мешки. Только у двоякодышащих рыб и у некоторых донных обитателей обонятельный мешок сообщается с ротовой полостью внутренним каналом. Это позволяет вести обонятельный контроль за тем, что направляется в желудок.

Вкусовые рецепторы находятся у рыб во рту, на губах и усиках, если они, конечно, есть, и... на коже. Они встречаются в любой части тела, не покрытой чешуей: на плавниках, в первую очередь на грудных и брюшных, что особенно удобно для обитателей дна, постоянно роющихся в иле в поисках пищи, а также на спинном, анальном и даже на хвостовом. Правда, на хвосте их меньше, чем на голове. То, что оказалось позади рыбы, ее интересует меньше, чем то, что находится под носом. Чувствительность их очень высока. Наиболее талантливые рыбы способны "заметить" попадание на рецептор всего нескольких молекул пахучего вещества. Химическая рецепция имеет для рыб существенное значение.

Об обширной обонятельно-вкусовой памяти рыб свидетельствуют лососи, появляющиеся из икринок в верховьях ручьев и рек, а юность и зрелые годы проводящие в океане вдали от родных берегов. Возмужав и достигнув брачного возраста, они возвращаются на родину, иногда проделывая путь в 3-4 тысячи километров. Оказавшись в прибрежной зоне, рыбы по запаху или, если угодно, по вкусу воды ищут реку, в которой когда-то вывелись из икры. Вкус воде придают животные, постоянно обитающие здесь, а также водные и прибрежные растения. Вкупе они создают неповторимый букет ароматов родимого дома, обладающего для "блудных детей" невероятной притягательной силой!

У рыб хорошо развита система химических коммуникативных сигналов. Они играют важную роль в организации пищевого, стайного, брачного поведения, в том числе при межвидовом общении. Кожные покровы рыб богато снабжены одноклеточными железками. Некоторые из них располагаются в поверхностных слоях и имеют пору для выведения наружу секрета. Эти железки продуцируют слизь, покрывающую тело рыб. Запах слизи, точнее, особого химического вещества, вырабатываемого или накапливаемого слизистыми железками, помогает рыбам узнать, кто есть кто.

Железки, располагающиеся в глубоких слоях кожи, не имеют пор для выведения секрета наружу. Он может попасть в воду лишь при повреждении кожных покровов. Чаще всего травмы у рыб возникают в результате столкновения с врагами. Поэтому запах глубинных железок свидетельствует о близости хищника и служит сигналом бедствия. Рыбы незамедлительно отвечают на него бегством, покидая опасную зону. Химические сигналы опасности универсальны. Они понятны всем рыбам океана, хотя оцениваются неоднозначно. Сигналы, исходящие из раны морского окуня, меньше напугают рыбью мелюзгу, чем информация об опасности, распространяемая их соплеменниками. Раненый окунь больше не представляет серьезной опасности, а хищника, который на него напал, вряд ли заинтересуют мелкие рыбы. В общем, для подданных Посейдона химическая рецепция - бесценный дар.