Jednym z podstawowych procesów biologicznych zachodzących w organizmach żywych, a przede wszystkim u tych, które zamieszkują ekosystemy wodne, jest osmoregulacjaComo también conocida równowaga osmotyczna.
Wszystkie reakcje metaboliczne niezbędne do życia zachodzą w środowisku wodnym lub płynnym. Do prawidłowego przebiegu tych reakcji konieczne jest, aby stężenia wody i rozwiązany (wszystkie te związki organiczne o niskiej masie cząsteczkowej, które pomagają utrzymać równowaga osmotyczna) oscylują w stosunkowo wąskich marginesach, w procesie zwanym osmoregulacja.
Możemy zdefiniować osmoregulacja jako metoda, która utrzymuje homeostaza ciała, która jest niczym innym, jak zdolnością organizmów żywych do utrzymywania stałego stanu swojego wnętrza w zależności od zmian, jakie mogą zachodzić na zewnątrz poprzez wymianę materii i energii.
Wszystko to w istotny sposób zależy od kontrolowany ruch substancji rozpuszczonych Istniejące w płynach wewnętrznych i tych znajdujących się w środowisku. To prowadzi nas do regulacji w ruch wody odgrywają zasadniczą rolę.
Ta regulacja ruchu wody jest realizowana przez osmoza, które jest zjawiskiem fizycznym polegającym na ruchu rozpuszczalnika ciekłego przez półprzepuszczalną membranę. Zjawisko to powstaje dzięki dyfuzji który nie wymaga wydatkowania energii i jest niezbędny do prawidłowego metabolizmu komórkowego organizmów żywych.
W skrócie osmoregulacja pomaga zapewnić, że stężenia rozwiązany istniejące wewnątrz organizmów (na przykład w komórkach) i otaczające je środowisko mają tendencję do wzajemnego równoważenia się poprzez przepływ przez membrany półprzepuszczalny. Ta okoliczność pozwala na regulację ciśnienie osmotyczne (ciśnienie wywierane w celu zatrzymania przepływu rozpuszczalnika przenikającego przez membranę).
Równowaga osmotyczna u zwierząt
U większości zwierząt płyny zasilające komórki to izosmotyczny w porównaniu z płynami, które współistnieją wewnątrz komórek. Oznacza to, że płyny wewnątrz i na zewnątrz komórek mają podobne ciśnienie osmotyczneZapobiega to nadmiernemu pęcznieniu komórki, co mogłoby mieć miejsce w przypadku roztwór hipotonicznylub zmarszczki, coś, co dzieje się w roztwory hipertoniczne.
Aby móc zatrzymać te płyny izosmotyczny Po obu stronach błony plazmatycznej wiele komórek wykorzystuje aktywny transport jonów (np. pompowanie jonów Na+ na zewnątrz), co wymaga wydatkowania energii i uzupełnia procesy pasywne.
Komórki zwierzęce widzą w roztwór izoosmotyczny medium odpowiednie do jego prawidłowego funkcjonowania i rozwoju. W przypadku roślin nie jest tak: komórki roślinne, które znajdują się w roztwór izoosmotyczny może cierpieć na wypadanie włosów turgorponieważ jego ściana komórkowa zatrzymuje substancje rozpuszczone i jest zależna od wysokiego ciśnienia wewnętrznego.
Pasywny i aktywny tranzyt wody i jonów
El tranzyt pasywny nie wiąże się ze zużyciem energii: Iones Dyfundują one z ośrodka o wyższym stężeniu do ośrodka o niższym stężeniu i poprzez osmozę Woda porusza się w przeciwnym kierunku. Na szybkość dyfuzji jonowej może wpływać temperatura, podczas gdy osmoza zależy od gradient substancji rozpuszczonych.
El aktywny tranzyt wymaga energii metabolicznej. Jest wykorzystywana do wyeliminować nadmiar jonów (odpady metaboliczne) lub dla wchłaniać niezbędne substancje które poruszają się pod prąd. U ryb transport ten odbywa się głównie w komórki nabłonka skrzeli, W jelito iw nerka.
Hormony i endokrynologiczna kontrola osmoregulacji
Osmoregulacja jest modulowana przez hormonyU ryb morskich kortyzol wspomaga wydalanie soli w skrzelach; u ryb słodkowodnych, prolaktyna wspomaga absorpcję jonów i zatrzymywanie wody. kalcytonina wpływa na gospodarkę wapniem i przepuszczalność błon. Ponadto oś GH/IGF-1 (hormon wzrostu/czynnik insuliny) ułatwia aklimatyzację do środowisk zasolonych, a kostnoszkieletowe wykorzystują receptor mineralokortykoidowy kortyzol jako funkcjonalny ligand regulujący transport jonowy.
Osmoregulacja u zwierząt wodnych
Zwierzęta wodne przystosowały się do szerokiej gamy siedlisk, od słodkowodnych (z bardzo niewielką liczbą rozwiązany) do wód hipersalinowych (z dużą ilością rozwiązany). To ich wpędza w kłopoty. równowaga osmotyczna bardzo różne. Ponadto każdy gatunek funkcjonuje w ramach zakres osmolarności otoczenia ustalona.
- Otwory:organizmy tolerujące wąski zakres zasolenie środowiska, zarówno w wodzie słodkiej, jak i słonej.
- Euryhaliny:organizmy tolerujące szeroki zakres zasolenie, mogąc żyć i przemieszczać się między wodą słodką, słonawą i morską, na przykład niektóre migrują między rzekami i morzem.
Można to osiągnąć na dwa sposoby: osmoregulacja:
El osmokonformizm odnosi się do zwierząt, które są w równowaga osmotyczna ze środowiskiem, w którym żyją, czyli ich płyny ustrojowe są prawie izosmotyczny w odniesieniu do środowiska. Zwykle są organizmy morskie, szczególnie wiele bezkręgowców i niektóre kręgowce chrzęstne, które gromadzą mocznik i innych osmolitów w celu wyrównania ciśnienia osmotycznego otoczenia.
Zwierzęta osmoregulatory utrzymują swoją wewnętrzną osmolarność odrębną od osmolarności medium, aktywnie regulując bilans wodny i jonów. Koszt energii zmienia się w zależności od przepuszczalność powierzchni ciała. Jeśli osmolarność ilość płynów ustrojowych jest większa niż ilość płynów w środowisku, zwierzę jest hiperosmotyczny; jeśli jest mniej, to jest hipoosmotyczny.
Aklimatyzacja i zmiana zasolenia
Gatunki euryhaliczny (na przykład te, które migrują między rzekami a morzem) stają w obliczu dodatkowych wyzwań. Ich aklimatyzacja wiąże się ze stopniowymi zmianami w ekspresja transporterów jonowych w skrzelach i jelitach, zmiany w czynność nerek i jeden dobry regulacja hormonalna (kortyzol, prolaktyna, GH/IGF-1). Zmiany te wymagają czas i energii; w związku z tym nagłe zmiany zasolenia mogą powodować stres osmotyczny.
Osmoregulacja w rybach słodkowodnych
W rybach słodkowodnych stężenie Iones ciało jest większe niż to obecne w wodzie. To powoduje dyfuzja wody do wnętrza ryby przez nabłonek skrzeli i skórę. Niekontrolowany przepływ może powodować obrzęk tkanek i upośledzać funkcje życiowe.
Aby to zrekompensować, nerki tych ryb wytwarzają duże objętości moczu bardzo rozcieńczony (wysokie przesączanie kłębuszkowe), co pozwala na wydalenie nadmiar wodyPonieważ stężenie soli w ich organizmie przekracza stężenie w środowisku, ryby tracą elektrolity przez dyfuzję, więc muszą reabsorbować sole poprzez wyspecjalizowane komórki w skrzela i uzyskać je poprzez karmienie.
W nabłonku skrzelowym wymiana jonowa jest powiązana z samą wymianą jonową. metabolizmDwutlenek węgla przekształca się w dwuwęglan i jest wymieniany z jonami chlorekpodczas gdy amon (z katabolizmu białek) można wydalić poprzez wymianę z sód. Więc wydalanie odpadów jest połączona z utrzymaniem homeostaza jonowa.
El pH warunków wodnych te wymiany: w większej liczbie środowisk kwasy, Wchłanianie jonów Na+ jest utrudnione, a sód może gromadzić się we krwi i powodować obrzęki lub wodobrzusze u gatunków wrażliwych. Utrzymuj stabilne pH a w zasięgu występowania gatunku należy koniecznie unikać zaburzeń osmotycznych.
W akwariofilii powszechne jest dodawanie niewielkich ilości sól niechlorowana w instalacjach słodkowodnych, które niedawno przeszły cykl, gdy nie osiągnięto jeszcze stabilności biologicznej. Obecność pewnych Iones w wodzie ułatwia wymianę w skrzelach i pomaga kontrola amoniaku w fazie dojrzewania systemu. Należy to zrobić kryterium i według gatunków, gdyż niektóre są wrażliwe na wzrost przewodnictwa.
Osmoregulacja w rybach morskich
W przypadku ryb morskich środowisko zewnętrzne jest hiperosmotyczny w stosunku do płynów wewnętrznych. Dlatego woda ma tendencję do opuścić ciało przez osmozę i Iones z morza dostają się przez dyfuzję przez skrzelaGłównym ryzykiem jest odwodnienie jeśli nie zostanie aktywnie skorygowane.
Aby uniknąć odwodnienia, ryby morskie piją wodę morską i wchłaniają wodę w jelito po wytrąceniu i oddzieleniu części soli. Nadmiar NaCl Jest on eliminowany w skrzelach przez komórki chlorkowe (bogate w mitochondria), które wydzielają chlor poprzez określone kanały i wydalić sód drogami parakomórkowymi. Część pozostałej części jest wydalana przez stołek y mocz.
W przeciwieństwie do ryb słodkowodnych, wiele ryb morskich produkuje mało moczu i z wysoką koncentracją sygnału. Jest to związane z niższą obecnością kłębuszki nerkowe w nerkach; niektóre gatunki, takie jak koniki morskie, rozwijać nerki aglomerular. Aby odzyskać Woda i ograniczają straty, mają długie kanaliki nerkowe i skuteczne mechanizmy resorpcji.
W przypadku morskich ryb chrzęstnoszkieletowych (nieczęsto spotykanych w akwariach domowych) strategia jest inna: osmokonformery które się kumulują mocznik i inne osmolity, aby wyrównać ciśnienie osmotyczne z ciśnieniem morskim, wydalając nadmiar soli przez wyspecjalizowane gruczoły. Ta wzmianka ilustruje różnorodność rozwiązania ewolucyjne z powodu tego samego problemu osmotycznego.
El stres zmienia osmoregulację: nagłe zmiany w zasolenie, słaba jakość wody lub nieodpowiednie zarządzanie powodują destabilizację hormony i transportery jonowe. Chociaż kortyzol ułatwia aklimatyzację do słonej wody, przewlekły stres osłabia bariera nabłonkowa i bilans wodny, zwiększając podatność na patogeny.
Implikacje dla akwakultury
W produkcji akwakultury zasolenie wody jest czynnikiem krytyczny dla wzrostu. Osmoregulacja obejmuje wydatek energetyczny która, jeśli jest wysoka, zabiera zasoby z wzrost już konwersja kanału. Dostosuj zakres zasolenia optymalny według gatunku i etapu, wraz z temperatura y fotoperiod, maksymalizuje produktywność i dobre samopoczucie. U morskich ryb kostnoszkieletowych ekspozycja na środowisko hiperosmotyczne zmusza je do zintensyfikowania wydalanie soli i podnosi koszt metaboliczny, dlatego hodowcy akwakultury modyfikują zasolenie, aby poprawić wydajność y przetrwanie.
Równowaga osmotyczna może wydawać się skomplikowana, ale tak naprawdę jest niezbędne na całe życie. Zrozumienie tego pomaga w interpretacji comportamiento i potrzeb ryb, zarówno na wolności, jak i w akwarium. Kluczem jest poszanowanie zakresy środowiskowe każdego gatunku, unikaj zmian nagły i zapewnić jakość wody, która utrzymuje jej mechanizmy ochronne osmoregulacja bez zbędnych kosztów energii.
