Кислород
Абсолютное большинство животных не может обходиться без кислорода: в клетках он вступает в химические реакции, в результате которых выделяется энергия. Человек тратит энергию каждую секунду своей жизни, даже когда ничего не делает или спит. Каждое наше движение требует дополнительных затрат энергии, а будучи, как птицы и звери, теплокровными, мы тратим энергию на поддержание температуры тела. Значит, организм постоянно нуждается в притоке кислорода. Мы живем в воздушной среде. Воздух содержит приблизительно 21 % кислорода. В кислороде нуждаются клетки нашего тела, а они жидкие и находятся в жидкости. Воздух вместе с содержащимся в нём кислородом поступает в лёгкие, которые представляют собой систему огромного количества микроскопических пузырьков - альвеол. Общая площадь поверхности лёгких человека приблизительно 100 м². Прежде чем попасть к клеткам, кислород должен раствориться в жидкой пленке, покрывающей стенки легочных пузырьков, а потом в виде раствора, пройдя через клеточные стенки альвеол и капилляров, присоединиться к эритроцитам, которые по кровеносным сосудам доставляют его к тканям.
Почему же в таком случае мы не можем дышать в воде?
Кислород растворяется в воде довольно плохо, гораздо хуже, чем углекислый газ, хотя лучше, чем азот, поэтому в воде его всегда слишком мало по сравнению с воздухом.
Морские организмы, потребляющие растворённый в воде кислород, имеют большую дыхательную поверхность либо непрерывно прокачивают воду через разнообразные приспособления для водного дыхания - жабры. Некоторые движутся сами, как это делают акулы. При этом те обитатели моря, которые поддерживают постоянную температуру тела, а следовательно, нуждаются в большем количестве кислорода, - морские звери - дышат кислородом воздуха, хотя для этого необходимо каждый раз отрываться от поисков пищи и подниматься к поверхности.
Количество кислорода в воде зависит от многих факторов. Скажем, на свету начинают быстро размножаться водоросли, растения и фотосинтезирующие бактерии. Они выделяют в процессе фотосинтеза большое количество кислорода, и он насыщает воду. В мутной воде и в темноте фотосинтез прекращается и количество кислорода может упасть до нуля. Например, это часто происходит в толще ила.
Содержание растворённых газов в одном литре (1000 см³.) пресной и морской воды при разной температуре и в литре воздуха:
А - пресная вода; Б - морская вода; В - воздух
Обычно чем выше температура воды, тем больше в ней может растворяться различных веществ. Всем известно, например, что сахар лучше растворяется в горячей воде. С газами всё обстоит наоборот: поставьте нагреваться сосуд с водой и на его стенках скоро появятся воздушные пузырьки. Это не кипение, до него ещё далеко, это из воды выходит растворённый в ней воздух. Холодная вода содержит больше растворённых газов, в том числе и кислорода, при этом пресная вода может растворить кислорода больше, чем солёная.
Нетрудно сделать вывод, что в северных водах животным всегда достаточно кислорода, ведь вода там очень холодная и местами сильно опреснена. В основном это так, но надо учитывать и другие факторы, например ледовый покров и продолжительность светлого времени.
Северные реки в значительной мере питаются водой, стекающей с болот, а в ней бывает много слабо окисленного железа и органики. Реагируя с кислородом, эти вещества образуют с ним соединения, и кислород исчезает из раствора - возникает "замор". Особенно часто это явление встречается в Оби и её притоках. В морях Севера содержание кислорода в воде редко имеет для животных решающее значение, обычно его хватает. Заметный недостаток наблюдается только в тех случаях, когда поверх морской воды ложится пресная. Тогда под ней, в среднем слое воды, кислорода мало. Глубоководная часть открытых морей обычно достаточно насыщена растворённым кислородом за счёт медленной общепланетарной циркуляции океанских вод.
Особо надо отметить, что сброс в воду даже самых безобидных отходов человеческой деятельности, например от пищевой промышленности, бытовых и сельскохозяйственных, способен полностью уничтожить все необходимые именно нам формы жизни, за счёт снижения содержания в воде растворённого кислорода.
Морские звери дышат кислородом воздуха, значит, для дыхания им необходимо подниматься к поверхности. Для того чтобы добыть себе пропитание, киты и тюлени должны подолгу, иногда десятки минут находиться под водой. Исследования некоторых особенностей организма китообразных и ластоногих, может быть дающие ключ к разгадке секретов морских зверей, проделали физиологи (биологи, занимающиеся изучением процессов, протекающих в организме). Лёгкие у морских зверей крупнее, чем у наземных, но слишком сильное их увеличение не позволило бы глубоко нырять (попробуйте сами нырнуть, прижав к груди футбольный мяч). Киты и тюлени гораздо экономичнее нас используют запас кислорода в лёгких, однако, по подсчётам физиологов, этого запаса должно хватать всего на 2-3 минуты погружения. Кислород в крови не растворён, а соединён со специальным веществом-носителем, это белок гемоглобин. В крови морских зверей больше гемоглобина, значит, при дыхании, кровь запасает больше кислорода. Самой крови в организме морских зверей тоже в 1,5-2 раза больше, чем у наземных. Но для получасового пребывания под водой этого всё равно недостаточно. Видимо, самая главная особенность глубоководных ныряльщиков заключается в том, что кислород у них запасается прямо в мышцах.
Мышечный белок - миоглобин - химически похож на гемоглобин крови. У морских зверей он способен присоединять к себе и запасать кислород. Когда животное ныряет, кислород крови расходуется на работу мозга и органов чувств, мышцы не так сильно нуждаются в притоке крови и сердце, замедляя свою работу, бьётся в десять раз реже, чем обычно.
У китообразных и ластоногих обнаружены и другие интересные особенности, но вообще эти животные изучены недостаточно. К сожалению, приходится отметить, что многие виды животных, которых в огромных количествах промышляли столетиями, изучены совершенно недостаточно. Зачастую не только нет физиологических исследований, но и недостаточно подробно описана анатомия (строение тела и его органов).