Vienas iš pagrindinių biologinių procesų gyvose būtybėse ir, svarbiausia, tiems, kurie gyvena vandens ekosistemose, yra osmoreguliacija, taip pat žinomas kaip osmosinis balansas.
Visos gyvybei reikalingos medžiagų apykaitos reakcijos vyksta vandeninėje arba skystoje terpėje. Norint teisingai vykdyti šias reakcijas, būtina, kad vandens ir ištirpusios medžiagos (visi tie mažos molekulinės masės organiniai junginiai, kurie padeda išlaikyti osmosinis balansas) svyruoja santykinai siaurose ribose, vadinamame procese osmoreguliacija.
Mes galime apibrėžti osmoreguliacija kaip metodas, kuris palaiko homeostazė kūno, kuris yra ne kas kita, kaip gyvų organizmų gebėjimas palaikyti stabilią savo vidinę būklę, priklausomai nuo pokyčių, kurie gali vykti išorėje, keičiantis su juo medžiaga ir energija.
Visa tai iš esmės priklauso nuo to, kontroliuojamas ištirpusių medžiagų judėjimas esančių vidiniuose skysčiuose ir aplinkoje. Tai veda prie reguliavimo vandens judėjimas atlikti esminį vaidmenį.
Šį vandens judėjimo reguliavimą vykdo osmosas, kuris yra fizikinis reiškinys, pagrįstas tirpiklio skysčio judėjimu per pusiau laidžią membraną. Šis reiškinys atsiranda dėl a Difuzija kuri nereikalauja energijos sąnaudų ir yra labai svarbi tinkamam gyvų organizmų ląstelių metabolizmui.
Trumpai tariant, osmoreguliacija padeda užtikrinti, kad ištirpusios medžiagos organizmų viduje (pavyzdžiui, ląstelėse) esantys dalykai ir juos supanti aplinka linkę subalansuoti vienas kitą per srautas per membranas pusiau pralaidus. Ši aplinkybė leidžia reguliuoti osmoso slėgis (slėgis, naudojamas siekiant sustabdyti tirpiklio tekėjimą, prasiskverbiantį pro membraną).
Gyvūnų osmosinė pusiausvyra
Daugumoje gyvūnų skysčiai tiekia ląsteles izosmotiškas palyginti su skysčiais, kurie egzistuoja ląstelių viduje. Tai reiškia, kad skysčiai ląstelių viduje ir išorėje turi panašus osmosinis slėgisTai neleidžia ląstelei per daug išsipūsti, kaip nutiktų, kai hipotoninis tirpalasarba susiraukšlėjęs kažkas, kas vyksta hipertoniniai tirpalai.
Kad būtų galima išlaikyti tuos skysčius izosmotiškas Abiejose plazminės membranos pusėse daugelis ląstelių naudoja aktyvus jonų pernašos (pvz., Na+ pumpavimas į išorę), kuriam reikalingos energijos sąnaudos, papildančios pasyvius procesus.
Gyvūnų ląstelės mato a izosmosinis tirpalas terpė, tinkama jo tinkamam funkcionavimui ir vystymuisi. Augaluose taip nėra: augalų ląstelės, randamos izosmosinis tirpalas gali nukentėti nuo plaukų slinkimo turgoras, nes jo ląstelės sienelė sulaiko ištirpusias medžiagas ir yra veikiama didelio vidinio slėgio.
Pasyvus ir aktyvus vandens ir jonų tranzitas
El pasyvus tranzitas nesusijęs su energijos suvartojimu: jonai Jie difunduoja iš didesnės koncentracijos terpės į mažesnę ir, osmoso būdu, Vanduo juda priešinga kryptimi. Jonų difuzijos greitį gali paveikti temperatūra, o osmozė priklauso nuo tirpiojo gradiento.
El aktyvus tranzitas reikalauja medžiagų apykaitos energijos. Jis naudojamas pašalinti jonų perteklių (medžiagų apykaitos atliekos) arba absorbuoti reikalingas medžiagas kurie juda prieš gradientą. Žuvyse šis pernašos procesas vyksta daugiausia žiaunų epitelio ląstelėsBe žarna ir inkstai.
Hormonai ir endokrininė osmoreguliacijos kontrolė
Osmoreguliaciją moduliuoja hormonaiJūrų žuvyse Kortizolio skatina druskų išsiskyrimą žiaunose; gėlavandenėse žuvyse, prolaktino skatina jonų absorbciją ir vandens sulaikymą. kalcitoninas daro įtaką kalcio valdymui ir pralaidumas membranų. Be to, ašis GH/IGF-1 (augimo hormonas / insulino faktorius) palengvina aklimatizaciją druskingoje aplinkoje, o teleostai naudoja mineralokortikoidų receptorių su Kortizolio kaip funkcinis ligandas jonų pernašai reguliuoti.
Osmoreguliacija vandens gyvūnuose
Vandens gyvūnai prisitaikė prie įvairių buveinių – nuo gėlavandenių (jų yra labai mažai) ištirpusios medžiagos) į hipersūrius vandenis (su gausiu ištirpusios medžiagos). Tai jiems kelia problemų osmosinis balansas labai skirtingi. Be to, kiekviena rūšis funkcionuoja tam tikroje srityje aplinkos osmoliariškumo diapazonas Atkaklus.
- Pinholesorganizmai, kurie toleruoja siaurą diapazoną druskingumas aplinkos, tiek gėlame, tiek sūriame vandenyje.
- Euryhalinesorganizmai, kurie toleruoja platų spektrą druskingumas, pavyzdžiui, gebėjimas gyventi ir judėti tarp gėlo, sūroko ir jūros vandens kai kurie migruoja tarp upių ir jūros.
Yra daugiausia du būdai tai pasiekti: osmoreguliacija:
El osmokonformizmas reiškia gyvūnus, kurie yra osmosinis balansas su aplinka, kurioje jie gyvena, tai yra, jų kūno skysčiai yra beveik izosmotiškas atsižvelgiant į aplinką. Jie paprastai yra jūrų organizmai, ypač daugelis bestuburių ir kai kurie kremzliniai stuburiniai gyvūnai, kurie kaupiasi karbamido ir kiti osmolitai, skirti aplinkos osmosiniam slėgiui išlyginti.
Gyvūnai osmoreguliatoriai išlaikyti savo vidinį osmoliariškumą, skirtingą nuo terpės osmoliariškumo, aktyviai reguliuodami vandens balansas ir jonų. Energijos sąnaudos skiriasi priklausomai nuo pralaidumas kūno paviršiaus. Jei osmoliškumas kūno skysčių kiekis yra didesnis nei aplinkoje, gyvūnas yra hiperosmosinis; jei jis yra mažesnis, tai yra hipoosmosinis.
Aklimatizacija ir druskingumo pokyčiai
Rūšis euryhalinė (pavyzdžiui, kai kurie migruojantys tarp upių ir jūros) susiduria su papildomais iššūkiais. Jų aklimatizacija apima laipsniškus aplinkos pokyčius joninių transporterių raiška žiaunose ir žarnyne, koregavimai inkstų funkcija ir geras hormoninis reguliavimas (kortizolis, prolaktinas, GH/IGF-1). Šiems pokyčiams reikia laikas ir energijos; todėl staigūs druskingumo pokyčiai gali sukelti osmosinis stresas.
Osmoreguliacija gėlavandenėse žuvyse
Gėlavandenėse žuvyse koncentracija jonai kūno masė didesnė nei vandenyje. Tai sukelia vandens difuzija į vidų žuvų per žiaunų ir odos epitelį. Nereguliuojamas šis srautas gali ištininti audinius ir sutrikdyti gyvybines funkcijas.
Kad kompensuotų, šių žuvų inkstai gamina dideli šlapimo kiekiai labai praskiestas (didelė glomerulų filtracija), kuris leidžia pašalinti vandens pertekliusKadangi jų druskos koncentracija viršija aplinkos druskos koncentraciją, žuvys praranda elektrolitai difuzijos būdu, todėl jie turi reabsorbuoti druskas per specializuotas ląsteles žiaunos ir gauti juos per maitinimas.
Šakiniame epitelyje jonų mainai yra susiję su pačiais jonų mainais. medžiagų apykaitaAnglies dioksidas paverčiamas kepimo soda ir keičiamasi su jonais chloridaso amonio (iš baltymų katabolizmo) gali būti pašalintas jį pakeičiant su natrio. Taigi, atliekų išsiskyrimas yra susietas su priežiūra joninė homeostazė.
El pH vandens sąlygų šie mainai: daugiau aplinkų rūgštysNa+ pasisavinimas yra sunkus, todėl natris gali kauptis kraujyje ir sukelti edemos arba ascitas jautrioms rūšims. Palaikykite stabilus pH ir rūšies paplitimo areale būtina vengti osmosinių trikdžių.
Akvariofilijos atveju įprasta pridėti nedidelius kiekius nechloruota druska gėlo vandens įrenginiuose, kurie neseniai buvo cikluojami, kai dar nebuvo pasiektas biologinis stabilumas. Tam tikrų jonai vandenyje tai palengvina žiaunų apykaitą ir padeda kontroliuoti amoniaką sistemos brendimo fazėje. Tai turėtų būti daroma su kriterijus ir pagal rūšis, nes kai kurios yra jautrios laidumo padidėjimui.
Osmoreguliacija sūraus vandens žuvyse
Jūrų žuvų išorinė aplinka yra hiperosmosinis atsižvelgiant į jo vidinius skysčius. Todėl vanduo linkęs palikti kūną dėl osmoso ir jonai iš jūros patenka difuzijos būdu per žiaunosPagrindinė rizika yra ta, dehidratacija jei nebus aktyviai taisoma.
Siekiant išvengti dehidratacijos, jūrinės žuvys jie geria jūros vandenį ir sugerti vandenį žarna nusodinus ir atskyrus dalį druskų. Perteklius NaCl Jį žiaunose pašalina chlorido ląstelės (turinčios daug mitochondrijų), kurios išskiria kloro per specialius kanalus ir išsiųsti natrio paraceluliniu būdu. Dalis likusios dalies išsiskiria su išmatos y šlapimas.
Skirtingai nuo gėlavandenių žuvų, daugelis jūrinių žuvų gamina mažai šlapimo ir esant didelei signalo koncentracijai. Tai susiję su mažesniu glomerulai inkstuose; kai kurios rūšys, pvz. jūrų arkliukus, išsivysto inkstai aglomerulinisAtsigauti Vanduo ir riboti nuostolius, jie jau seniai inkstų kanalėliai ir veiksmingi reabsorbcijos mechanizmai.
Jūrinių kremzlinių žuvų (kurios nėra įprastos naminiuose akvariumuose) strategija kitokia: jos yra osmokonformatoriai kurie kaupiasi karbamido ir kiti osmolitai, kad suvienodintų osmosinį slėgį su jūros slėgiu, pašalindami druskų perteklių per specializuotas liaukas. Šis paminėjimas iliustruoja įvairovę evoliuciniai sprendimai dėl tos pačios osmosinės problemos.
El stresas keičia osmoreguliaciją: staigūs pokyčiai druskingumas, prasta vandens kokybė arba netinkamas valdymas destabilizuoja hormonai ir jonų transporteriai. Nors Kortizolio palengvina aklimatizaciją prie sūraus vandens, lėtinis stresas kenkia epitelio barjeras ir vandens balansą, didinant jautrumą sukėlėjus.
Poveikis akvakultūrai
Akvakultūros produkcijoje vandens druskingumas yra vienas iš veiksnių, lemiančių kritinis augimui. Osmoreguliacija apima energijos išlaidos kuris, jei jis aukštas, atima išteklius iš augimas jau pašarų konversija. Koreguokite druskingumo diapazonas optimalus pagal rūšį ir stadiją, kartu su temperatūra y fotoperiodas, maksimaliai padidina produktyvumą ir gerovę. Jūrų teleostuose hiperosmosinė aplinka verčia juos sustiprinti druskų išsiskyrimas ir padidina medžiagų apykaitos sąnaudas; todėl akvakultūros specialistai moduliuoja druskingumą, kad pagerintų spektaklis y išlikimas.
Osmosinė pusiausvyra gali atrodyti sudėtinga, bet ji yra... būtinas visam gyvenimui. Supratimas padeda interpretuoti elgesys ir žuvų poreikius tiek gamtoje, tiek akvariume. Svarbiausia – gerbti aplinkos diapazonai kiekvienos rūšies, venkite pokyčių staigus ir užtikrinti vandens kokybę, kuri palaiko jos apsaugos mechanizmus osmoreguliacija be nereikalingų energijos sąnaudų.
