“三山六水一分田”,是说在地球上水所占面积之大。打开世界地图,陆地只是一小部分,大部分是海洋和河湖,海洋面积约有36200万平方公里,要占地球总面积的70.8%。地球总水量多达15亿立方公里,绝大部分是海水,淡水只有3%,而且淡水多以天然冰和地下水的形式存在,真正同生物发生关系的淡水,只占总水量的0.3%。这些淡水在江河湖泊和沼泽中,组成了陆地生物赖以生存的湿地。
水是生命之源
有一首歌唱道“鱼儿离不开水呀,瓜儿离不开秧”,实际上所有的生物,从最简单的病毒到高级的哺乳动物,都是离不开水的。生命在水中诞生,又在水的扶助下发展进化,没有水就没有生命,没有地球上的生物。
细胞是生命的基本单位,组成细胞的主要成分就是水。实验证明,水占细胞成分的85%~90%,而所谓的生命物质蛋白质和核酸才占8%~12%,它们的生命表现,都要靠水才能进行。细胞中的水一种叫结合水,它同细胞中的物质相结合,成为细胞结构的重要成分。还有一种叫自由水,它充满在细胞中,是细胞内物质的溶剂,参与细胞中的各种生物化学反应。多细胞生物,绝大多数细胞必须浸润在以水为基质的体液环境中,生物体的物质运输,新陈代谢产生的废物排出,都要靠水才能进行。
一个人三天不吃饭对生命没有丝毫影响,但三天不喝水就会危及生命。在发生海难、地震时的幸存者中,凡存活三天以上者,都同有淡水接济相关,有的是带有水壶,有的是夹缝里有矿泉水瓶。因为没有食物,身体里贮存的营养在短期内可以供应人体,但没有水,代谢中产生的废物就无法排除,含氮废物的大量积聚,人体就会中毒。另外生物的体液中有一定比例的无机盐,维持着细胞的渗透压,水和无机盐离子处在动态平衡之中,进水和出水,进无机盐和排盐,都要有水,长时间缺水,细胞正常的渗透压不能维持,就会出现新陈代谢紊乱。所以,水是生命的魂,生命一时一刻也离不开水。
很多海鱼在呼吸时吸收淡水
海鱼怎样喝水?
据鱼类学家调查,全世界水体中生活的鱼类约有2万种,其中以海洋为家的鱼多达1.5万种,占了鱼类王国的大部分。海洋鱼类中的很多经济种类,是人们海洋捕捞的主要对象,也是向人类提供高质量蛋白质的重要来源。如中国的大黄鱼、小黄鱼、带鱼、鳗鱼、鲻鱼等,国外的鳕鱼、鲑鱼、金枪鱼等,丰富了人类的餐桌,为人类的合理营养和改善体质作出了贡献。生活在珊瑚礁中的热带鱼,以它们的美丽体色和姿态,美化了人们的生活,成为家庭布置和观赏的重要对象。当你走进花鸟市场的水簇部,在一只只碧水绿草的玻璃柜中,神仙鱼如神仙飘逸往来,孔雀鱼身着蓝色的斑点服,珍珠鱼闪烁着点点珠光,还有许多叫不出名字的彩色小鱼,让人沉浸在百般的美丽中。
海洋中的鱼生活在海水中,海水的盐度是3.5%左右,这样浓度的海水进入鱼类体内,会破坏细胞的正常渗透压,对鱼的生存是很不利的。但在海洋中,鱼儿到哪去喝淡水呢?海洋的硬骨鱼体液和海水比起来是低渗的,在海水中生活随时都在失水,体液中盐分的浓度在不断增加。对于这些困难,它们是如何克服的呢?硬骨鱼全身都盖有鳞片,能减少水从体表渗出;它们鳃上有一些特化的细胞,当海水从鳃进入,能主动排出高浓度的盐分,让水分子通过;鱼肾没有排浓尿能力,含氮废物大多是以氨的形式从鳃排出,可以防止因排泄废物而失水过多。鲨一类软骨鱼,血中尿素含量高,但体内能产生拮抗毒性的物质,不会发生尿中毒,这样就使体液的渗透浓度稍稍高于海水,不存在失水的问题,它们的直肠还有排除过多盐类的功能。因此,对海鱼来讲“淡水”可以被动地通过鳃和表皮的一些区域,渗入鱼的身体,鱼就不需要喝又咸又苦又涩的海水了。
海龟在“流泪”,其实是在排除体内多余的盐分
海鸟海兽如何取水?
海洋也是鸟类和一些哺乳动物的家。科学家统计表明,全世界的海鸟有180多种,在中国海共记录了183种海鸟,如红喉潜鸟、黑脚信天翁、海燕、小军舰鸟、海雀、白鹭、海鸥等等。科学家将它们分为两类,一类是海岸鸟,也就是长年生活在近岸海域的海鸟;一类是海上鸟,也就是大洋鸟。这种鸟的一生大部分时间生活在海上或在飞越大海,具有代表性的如管鼻鹱和海燕。海鸟最突出的本领不是飞翔,而是游泳和潜水。它们在进化过程中,已经成为出色的“水中运动员”。海鸟与海水的适应,已大大影响了它们自身的结构,如有的脚趾之间长出蹼膜,肌肉组织也发达了。另外,海鸟的羽毛中长出有许多尾脂腺,能分泌油脂,起到保护和润滑作用。
海兽也是海洋生态系统的重要一员,海兽的种类不多,我国现有各种海兽39种,如各种鲸类、海豚、海豹、海狮、儒艮等。它们都是有益于人类的经济动物,由于人类的滥捕,有些鲸类已遭受灭顶之灾,需要国际公约保护。海豚和一些种类的海豹,还是动物表演的明星,在海洋公园里会给人带来无限欢乐。儒艮是童话里的重要人物,美人鱼的化身。海洋哺乳动物由于长期生活在海水中,四肢已特化成鳍状,肺活量大,潜水技能高超,有的还有在水中分娩的特技。
海洋类鸟类,如企鹅、信天翁等,以海洋动物或海藻为食,每天吃盐过多,排盐是这些动物必须解决的问题。它们的解决办法是靠盐腺排盐。在两个眼窝附近各有一个管状腺,通入眼窝或鼻孔开口。盐腺分泌的液体含有大量盐分,渗透压远远超过体液,盐腺调节水盐平衡的效果相当好,它保证了海鸟淡水的供应。海豹和一些鲸类很少饮水,以海鱼为食,从海鱼取得所需的水。海鱼体液是低渗的,可以作为鲸类的水源,鱼又是高蛋白的食物,因而海豹等的尿含有很高浓度的尿素。有些鲸如须鲸不吃鱼,而吃海洋中的小无脊椎动物,必然同时吞入很多海水,即吞入更多的盐。这类鲸的肾有排浓尿的能力,这是它们对高蛋白和多盐食性的适应。海龟、海蛇也有盐腺,很多无脊椎动物也用鳃过滤排盐。
海狮、海豹等能从食物中取得所需的水
人类从海洋动物身上学到的
海洋动物获取淡水的方法是生物进化对环境的一种适应,是海洋生物进化发展的必然结果。淡水是生命的源泉,生活在陆地的生物,取得淡水很容易,但在没有淡水的海洋,要取得淡水却很难。在长期的选择进化中,海洋生物出现了与海洋生活相适应的取水机制,保证了生命进行曲一路高唱。海洋动物通过脱盐的方式从体内排出盐分,保留淡水,比反向排水要节约能量,效率比直接吸水渗透高出200倍。当然经过脱盐得到的不是纯水,而是除去氯化钠的海水,而海水中的其他微量元素又是动物生长发育必须的。
我国有相当多的城市缺淡水,特别是一些滨海的城市,天天生活在水中却只能望水兴叹。用海水淡化取水,成了这些城市迫切的应用课题。科学家发明了蒸发法、冷冻法、电渗析法、超过滤法、离子交换法等海水淡化技术,但费用相当高,经过技术改进,现在每吨水的淡化成本虽已下降不少,但还是偏高,而且水质比不上天然淡水。海洋动物却在大自然的选择下,创造了如此节能高效的海水淡化方法,我们为什么不向它们学习,仿照海洋动物的脱盐器官,用于海水淡化呢?科学家发明的反渗透海水淡化技术,就是受到海洋动物脱盐的启发。将经过预处理的合格海水,用高压泵加压送入反渗透膜堆,透过反渗透膜的水经收集后再经过适当的预处理得到淡水,送入管网系统供用户使用,留下的高压浓盐水进入能量回收装置回收能量,盐分经过再加工,变成食盐和其他化工产品。新式海水淡化技术大大节省能量和成本,如果加上回收的盐分价值,淡化海水的价格已同自来水相当。这项创新的绿色技术,如果在缺水的海滨城市和地区推广,会给我们带来诸多实惠。
责任编辑:马晓娟 夏军