Причиной тому, что в Черном море мы не находим множество видов морских существ, обитающих в соседнем Средиземном море – низкая соленость приповерхностных вод моря – 17%о, такое опреснение вызвано огромным количеством впадающей в него речной воды. Большинство же морских организмов не выживают при солености ниже 20%о. Здесь не водятся морские ежи и морские звезды, каракатицы и осьминоги, большие акулы, большие киты… Все эти животные проплыть или проползти через Босфор из Мраморного моря в Черное могут, а вот выжить там, в особенности – принести потомство – нет. Погибают именно гаметы, икринки (споры, яйцеклетки в случае водорослей) и личинки морских организмов – наиболее незащищенные, уязвимые стадии жизненного цикла. На примере икринки можно представить, как и почему это происходит.
Икринка (хотя они бывают и крупными) – это всего одна живая клетка, у нее есть более или менее прочная, в зависимости от вида животного, защитная оболочка, окружающая клеточную мембрану, состоящую из двух подвижных, текучих слоев липидов; в мембрану встроены разнообразные специальные белки – они переносят вещества и ионы солей через мембрану, выполняют другие функции. С наружной стороны мембраны клеток укреплены и защищены более жесткими, разветвленными молекулами углеводов (сахаров). Это – самые общие сведения о клеточных мембранах, информацию о них можно найти в учебниках.
Для нашего вопроса – почему икринки животных из соленых морских вод погибают в малосоленом Черном море – важно знать следующее. Ионы некоторых солей (мы помним, что соли в растворе распадаются на заряженные половинки – положительно заряженные – катионы металлов, и отрицательные – анионы) могут проникать через клеточную мембрану беспрепятственно, но большинство их переносится через специально регулируемые ионные каналы – крупные белковые молекулы, похожие на трубки, пронзающие мембрану, и с помощью настоящих, требующих подпитки энергией, белковых машин – ионных насосов. Это сложная система нужна для того, чтобы в клетке всегда поддерживались нужные для ее нормальной жизни концентрации различных ионов. А вот молекулы воды проходят через все клеточные мембраны свободно, и быстрее, чем работают ионные насосы.
Общая концентрация ионов всех солей и сумма зарядов других молекул в икринке – такая же, как в родной для нее морской воде. Эта сумма зарядов – более точная и важная величина, чем концентрация солей, но обычно и общие концентрации солей в икринке и воде вокруг нее – близки. Теперь представим: приползли в Черное море пара морских ежей, или пара рыб-мечей – и отнерестились. Концентрация соли в икринке близка к океанической, а соленость вокруг – в два раза меньше.
Что произойдет? Произойдет то, что физики и химики называют явлением осмоса: частицы (молекулы, ионы) вещества всегда двигаются туда, где их концентрация ниже. Ионы проходить через мембрану не могут, а вода – может; концентрация воды в икринке морского ежа или рыбы-меч – ниже чем в черноморской воде, значит… Верно, вода устремится внутрь клетки. Клетка – икринка – сначала разбухнет, а потом – лопнет. Поэтому морские ежи и рыба-меч могут появляться в Черном море, но размножаться – не получится. Если не выработают специальной адаптации к условиям низкой солености – как, например, это получилось у злосчастной тихоокеанской улитки рапаны.
Осмос – почему гибнут икринки морских животных в Черном море: концентрация соли в икринке – близка к океанической, а соленость вокруг – в два раза меньше. Вода устремляется в сторону большей концентрации соли – икринка разбухает и лопается. Многие замечали, что соль в солонках в приморских кафе часто очень влажная, комковатая, ее трудно высыпать из солонки. Это – то же явление, соль набрала воду из влажного морского воздуха.