რატომ აქვს მაღალი კონცენტრაციის მარილიან ჩამდინარე წყლებს განსაკუთრებით დიდ გავლენას მიკროორგანიზმებზე?

თავდაპირველად აღვწეროთ ოსმოსური წნევის ექსპერიმენტი: გამოიყენეთ ნახევრად გამტარი მემბრანა სხვადასხვა კონცენტრაციის ორი მარილიანი ხსნარის გასაყოფად. დაბალი კონცენტრაციის მარილიანი ხსნარის წყლის მოლეკულები გაივლიან ნახევრად გამტარ მემბრანას მაღალი კონცენტრაციის მარილიან ხსნარში, ხოლო მაღალი კონცენტრაციის მარილიანი ხსნარის წყლის მოლეკულები ასევე გაივლიან ნახევრად გამტარ მემბრანას დაბალი კონცენტრაციის მარილიან ხსნარში, მაგრამ მათი რაოდენობა უფრო მცირეა, ამიტომ მაღალი კონცენტრაციის მარილიანი ხსნარის მხარეს სითხის დონე გაიზრდება. როდესაც ორივე მხარეს სითხის დონეების სიმაღლის სხვაობა საკმარის წნევას წარმოქმნის, რათა წყლის ხელახლა დინება შეფერხდეს, ოსმოსი შეწყდება. ამ დროს, ორივე მხარეს სითხის დონეების სიმაღლის სხვაობით წარმოქმნილი წნევა ოსმოსური წნევაა. ზოგადად, რაც უფრო მაღალია მარილის კონცენტრაცია, მით უფრო მაღალია ოსმოსური წნევა.

მიკროორგანიზმების მდგომარეობა მარილიან წყალში არსებული ხსნარების მსგავსია ოსმოსური წნევის ექსპერიმენტისა. მიკროორგანიზმების ერთეულოვანი სტრუქტურა უჯრედებია, ხოლო უჯრედის კედელი ნახევრად გამტარი მემბრანის ეკვივალენტურია. როდესაც ქლორიდის იონების კონცენტრაცია 2000 მგ/ლ-ზე ნაკლები ან ტოლია, უჯრედის კედელს შეუძლია გაუძლოს ოსმოსურ წნევას 0.5-1.0 ატმოსფერო. მაშინაც კი, თუ უჯრედის კედელს და ციტოპლაზმურ მემბრანას გარკვეული სიმტკიცე და ელასტიურობა აქვთ, უჯრედის კედლის მიერ გაუძლო ოსმოსურ წნევას არ უნდა აღემატებოდეს 5-6 ატმოსფეროს. თუმცა, როდესაც წყალხსნარში ქლორიდის იონების კონცენტრაცია 5000 მგ/ლ-ზე მეტია, ოსმოსური წნევა დაახლოებით 10-30 ატმოსფერომდე გაიზრდება. ასეთი მაღალი ოსმოსური წნევის ქვეშ, მიკროორგანიზმში წყლის მოლეკულების დიდი რაოდენობა შეაღწევს ექსტრაკორპორალურ ხსნარში, რაც იწვევს უჯრედების დეჰიდრატაციას და პლაზმოლიზს, ხოლო მძიმე შემთხვევებში, მიკროორგანიზმი იღუპება. ყოველდღიურ ცხოვრებაში ადამიანები მარილს (ნატრიუმის ქლორიდს) იყენებენ ბოსტნეულისა და თევზის დასამწნილებლად, საკვების სტერილიზაციისა და შესანახად, რაც ამ პრინციპის გამოყენებას წარმოადგენს.

საინჟინრო გამოცდილების მონაცემები აჩვენებს, რომ როდესაც ჩამდინარე წყლებში ქლორიდის იონების კონცენტრაცია 2000 მგ/ლ-ზე მეტია, მიკროორგანიზმების აქტივობა შეფერხდება და COD-ის მოცილების სიჩქარე მნიშვნელოვნად შემცირდება; როდესაც ჩამდინარე წყლებში ქლორიდის იონების კონცენტრაცია 8000 მგ/ლ-ზე მეტია, ეს გამოიწვევს ნალექის მოცულობის გაფართოებას, წყლის ზედაპირზე დიდი რაოდენობით ქაფის გაჩენას და მიკროორგანიზმები ერთმანეთის მიყოლებით დაიღუპებიან.

თუმცა, ხანგრძლივი მოშინაურების შემდეგ, მიკროორგანიზმები თანდათან ეგუებიან მაღალი კონცენტრაციის მარილიან წყალში ზრდას და გამრავლებას. ამჟამად, ზოგიერთ ადამიანს მოშინაურებული ჰყავს მიკროორგანიზმები, რომლებსაც შეუძლიათ ქლორიდის იონების ან სულფატების 10000 მგ/ლ-ზე მეტი კონცენტრაციის ადაპტირება. თუმცა, ოსმოსური წნევის პრინციპი გვეუბნება, რომ მიკროორგანიზმების უჯრედულ სითხეში მარილის კონცენტრაცია, რომლებმაც ადაპტირდნენ მაღალი კონცენტრაციის მარილიან წყალში ზრდასა და გამრავლებასთან, ძალიან მაღალია. როგორც კი ჩამდინარე წყლებში მარილის კონცენტრაცია დაბალი ან ძალიან დაბალია, ჩამდინარე წყლებში წყლის მოლეკულების დიდი რაოდენობა შეაღწევს მიკროორგანიზმებში, რაც იწვევს მიკრობული უჯრედების შეშუპებას, ხოლო მძიმე შემთხვევებში, გასკდომას და სიკვდილს. ამიტომ, მიკროორგანიზმები, რომლებიც დიდი ხნის განმავლობაში იყვნენ მოშინაურებულნი და შეუძლიათ თანდათანობით ადაპტირდნენ მაღალი კონცენტრაციის მარილიან წყალში ზრდასა და გამრავლებასთან, საჭიროებენ, რომ ბიოქიმიურ ნაკადში მარილის კონცენტრაცია ყოველთვის საკმაოდ მაღალ დონეზე იყოს შენარჩუნებული და არ მერყეობდეს, წინააღმდეგ შემთხვევაში მიკროორგანიზმები დიდი რაოდენობით დაიღუპებიან.