Одним из фундаментальных биологических процессов в живых существах и, прежде всего, в водных экосистемах является осморегуляцияТакже известный, как осмотический баланс.
Все метаболические реакции, необходимые для жизни, проходят в водной или жидкой среде. Для правильного протекания этих реакций необходимо, чтобы концентрации воды и растворенные вещества (все те низкомолекулярные органические соединения, которые помогают поддерживать осмотический баланс) колеблются в пределах относительно узких полей в процессе, называемом осморегуляция.
Мы можем определить осморегуляция как метод, который поддерживает гомеостаза тела, которая есть не что иное, как способность живых организмов поддерживать постоянство своего внутреннего состояния в зависимости от изменений, которые могут происходить извне, посредством обмена с ним веществом и энергией.
Все это в решающей степени зависит от контролируемое движение растворенных веществ присутствующих во внутренних жидкостях и в жидкостях окружающей среды. Это приводит нас к регуляции в движение воды играют основополагающую роль.
Это регулирование движения воды осуществляется осмос, что представляет собой физическое явление, основанное на движении растворителя через полупроницаемую мембрану. Это явление возникает благодаря вещания который не требует затрат энергии и имеет решающее значение для правильного клеточного метаболизма живых существ.
Короче говоря, осморегуляция помогает обеспечить концентрацию растворенные вещества существующие внутри организмов (например, в клетках) и окружающая их среда имеют тенденцию уравновешивать друг друга посредством поток через мембраны полупроницаемыми. Это обстоятельство позволяет регулировать осмотическое давление (давление, оказываемое с целью остановки потока растворителя, проникающего через мембрану).
Осмотический баланс у животных
У большинства животных жидкости, снабжающие клетки изосмотический по сравнению с жидкостями, которые сосуществуют внутри клеток. Это означает, что жидкости внутри и снаружи клеток имеют аналогичное осмотическое давлениеЭто предотвращает чрезмерное разбухание клетки, которое может произойти в гипотонический раствор, или сморщивание, то, что происходит в гипертонические растворы.
Чтобы сохранить эти жидкости изосмотический По обе стороны плазматической мембраны многие клетки используют активный транспорт ионов (например, перекачивание Na+ наружу), что требует затрат энергии, дополняющих пассивные процессы.
Клетки животных видят в изоосмотический раствор среда, подходящая для его правильного функционирования и развития. У растений это не так: растительные клетки, находящиеся в изоосмотический раствор может страдать от выпадения волос припухлость, поскольку его клеточная стенка удерживает растворенные вещества и использует высокое внутреннее давление.
Пассивный и активный транзит воды и ионов
El пассивный транзит не предполагает потребления энергии: ионы Они диффундируют из среды от более высокой к более низкой концентрации и, путем осмоса, вода движется в противоположном направлении. Скорость ионной диффузии может зависеть от температура, в то время как осмос зависит от градиент растворенного вещества.
El активный транзит требует метаболической энергии. Она используется для устранить избыточные ионы (метаболические отходы) или для усваивать необходимые вещества которые идут против градиента. У рыб этот транспорт происходит в основном в клетки жаберного эпителия, В кишка и в почка.
Гормоны и эндокринная регуляция осморегуляции
Осморегуляция модулируется гормоныУ морских рыб, кортизол способствует выделению солей в жабрах; у пресноводных рыб, пролактин способствует усвоению ионов и задержке воды. кальцитонин влияет на управление кальцием и проницаемость мембран. Кроме того, ось ГР/ИФР-1 (гормон роста/инсулиновый фактор) облегчает акклиматизацию к соленой среде, а костистые рыбы используют минералкортикоидный рецептор с кортизол как функциональный лиганд для регуляции ионного транспорта.
Осморегуляция у водных животных
Водные животные приспособились к широкому спектру мест обитания: от пресной воды (где очень мало растворенные вещества) к гиперсоленым водам (с обильным растворенные вещества). Это ставит их перед проблемами осмотический баланс очень разные. Кроме того, каждый вид существует в рамках диапазон осмолярности окружающей среды определяется.
- Точечные отверстия: организмы, которые переносят узкий диапазон соленость окружающей среды, как в пресной, так и в соленой воде.
- Эурихалинос: организмы, которые переносят широкий спектр соленость, например, способность жить и перемещаться между пресной, солоноватой и морской водой некоторые из них мигрируют между реками и морем.
Добиться этого можно двумя основными способами: осморегуляция:
El осмоконформизм относится к животным, которые находятся в осмотический баланс с окружающей средой, в которой они живут, то есть их биологические жидкости почти изосмотический в отношении окружающей среды. Они обычно морские организмы, особенно многие беспозвоночные и некоторые хрящевые позвоночные, которые накапливают мочевина и другие осмолиты для выравнивания осмотического давления окружающей среды.
Животные осморегуляторы поддерживать свою внутреннюю осмолярность, отличную от осмолярности среды, активно регулируя водный баланс и ионы. Стоимость энергии варьируется в зависимости от проницаемость поверхности тела. Если осмолярность жидкостей организма больше, чем в окружающей среде, животное гиперосмотический; если меньше, то гипоосмотический.
Акклиматизация и изменение солености
Виды эвригалинный (например, некоторые виды, мигрирующие между реками и морем) сталкиваются с дополнительными трудностями. Их акклиматизация включает в себя постепенное изменение условий экспрессия ионных транспортеров в жабрах и кишечнике, корректировки в функция почек и прекрасный гормональная регуляция (кортизол, пролактин, гормон роста/ИФР-1). Эти изменения требуют время и энергии; поэтому внезапные изменения солености могут генерировать осмотический стресс.
Осморегуляция у пресноводных рыб
У пресноводных рыб концентрация ионы В теле больше, чем в воде. Это вызывает диффузия воды вовнутрь Рыбы через эпителий жабр и кожу. Нерегулируемый поток воды может вызвать отёк тканей и нарушение жизненно важных функций.
Чтобы компенсировать это, почки этих рыб вырабатывают большие объемы мочи очень разбавленной (высокая клубочковая фильтрация), что позволяет вытеснять избыток воды. Поскольку концентрация соли в них превышает концентрацию в окружающей среде, рыбы теряют электролиты путем диффузии, поэтому они должны реабсорбировать соли через специализированные клетки в жабры и получить их через вскармливание.
В жаберном эпителии ионный обмен связан с самим ионным обменом. метаболизм. Углекислый газ превращается в бикарбонат и обменивается с ионами хлористый, Принимая во внимание, аммоний (из катаболизма белка) можно удалить, заменив его на натрий. Таким образом выделение отходов связано с поддержанием ионный гомеостаз.
El pH воды обуславливает эти обмены: в более широких средах кислоты, усвоение Na+ затруднено, и натрий может накапливаться в крови и вызывать отеки или асцит у чувствительных видов. Поддерживайте стабильный рН и в пределах ареала вида необходимо избегать осмотических нарушений.
В аквариумистике принято добавлять небольшие количества нехлорированная соль В пресноводных сооружениях, которые недавно прошли цикл очистки, когда биологическая стабильность ещё не достигнута. Наличие определённых ионы в воде он облегчает обмен в жабрах и помогает контролировать аммиак на этапе созревания системы. Это следует делать с критерий и в зависимости от вида, поскольку некоторые из них чувствительны к повышению проводимости.
Осморегуляция у морских рыб
У морских рыб внешняя среда гиперосмотический по отношению к своим внутренним жидкостям. Поэтому вода имеет тенденцию покинуть тело осмосом и ионы из моря попадают путем диффузии через жабрыГлавный риск — это обезвоживание если не будут активно исправлены.
Чтобы избежать обезвоживания, морская рыба они пьют морскую воду и впитывают воду в кишка После осаждения и отделения части солей. Избыток NaCl Он удаляется в жабрах хлоридными клетками (богатыми митохондриями), которые секретируют хлор через определенные каналы и высылать натрий параклеточными путями. Часть остатка выводится отбросы y моча.
В отличие от пресноводных рыб, многие морские рыбы производят мало мочи и с высокой концентрацией сигнала. Это связано с более низким присутствием glomerulos в почках; некоторые виды, такие как морские коньки, развивают почки агломерулярный. Чтобы восстановить вода и ограничить потери, они уже давно почечные канальцы и эффективные механизмы реабсорбции.
У морских хрящевых рыб (не распространенных в домашних аквариумах) стратегия иная: они осмоконформеры которые накапливаются мочевина и другие осмолиты, чтобы уравнять осмотическое давление с морской водой, выводя избыток солей через специализированные железы. Это упоминание иллюстрирует разнообразие эволюционные решения для той же осмотической проблемы.
El Стресс изменяет осморегуляцию: внезапные изменения в соленость, плохое качество воды или неадекватное управление дестабилизируют гормоны и ионных переносчиков. Хотя кортизол облегчает акклиматизацию к соленой воде, хронический стресс ставит под угрозу эпителиальный барьер и водный баланс, увеличивая восприимчивость к патогены.
Последствия для аквакультуры
В аквакультурном производстве соленость воды является фактором критический для роста. Осморегуляция включает в себя Расход энергии который, если он высокий, отнимает ресурсы у Разность от вычитания уже конверсия корма. Отрегулируйте диапазон солености оптимальные по видам и стадиям, а также температура y фотопериод, максимизирует продуктивность и благополучие. У морских костистых рыб воздействие гиперосмотической среды заставляет их усиливать выведение солей и повышает метаболические затраты; поэтому аквакультуристы модулируют соленость, чтобы улучшить производительность y supervivencia.
Осмотический баланс может показаться сложным, но это существенный на всю жизнь. Понимание этого помогает интерпретировать поведение и потребности рыб, как в природе, так и в аквариуме. Главное — уважать экологические диапазоны каждого вида, избегайте изменений резкий и обеспечить качество воды, поддерживающее ее защитные механизмы осморегуляция без лишних затрат на электроэнергию.
