Viens no galvenajiem bioloģiskajiem procesiem dzīvās būtnēs un galvenokārt tiem, kas apdzīvo ūdens ekosistēmas, ir osmoregulācija, zināms arī kā osmotiskais līdzsvars.
Visas dzīvībai nepieciešamās vielmaiņas reakcijas notiek ūdens vai šķidrā vidē. Lai pareizi darbotos šīs reakcijas, nepieciešams, lai ūdens un izšķīdušās vielas (visi tie zemas molekulmasas organiskie savienojumi, kas palīdz uzturēt osmotiskais līdzsvars) svārstās salīdzinoši šaurās robežās procesā, ko sauc osmoregulācija.
Mēs varam definēt osmoregulācija kā metode, kas uztur homeostāze ķermeņa, kas nav nekas cits kā dzīvo organismu spēja uzturēt stabilu iekšējo stāvokli atkarībā no izmaiņām, kas var notikt ārpus tā, apmainoties ar vielu un enerģiju.
Tas viss lielā mērā ir atkarīgs no tā, kontrolēta izšķīdušo vielu kustība kas atrodas iekšējos šķidrumos un apkārtējā vidē. Tas noved mūs pie regulācijas ūdens kustība spēlēt fundamentālu lomu.
Minēto ūdens kustības regulēšanu veic osmoze, kas ir fiziska parādība, kuras pamatā ir šķīdinātāja šķidruma kustība caur puscaurlaidīgu membrānu. Šī parādība rodas, pateicoties a Izplatīšana kas neprasa enerģijas patēriņu un ir izšķiroši svarīgs dzīvo organismu pareizai šūnu metabolismam.
Īsāk sakot, osmoregulācija palīdz nodrošināt tādu koncentrāciju izšķīdušās vielas organismu iekšienē (piemēram, šūnās) esošie elementi un apkārtējā vide mēdz līdzsvarot viens otru caur plūsma caur membrānām puscaurlaidīgs. Šis apstāklis ļauj regulēt osmotiskais spiediens (spiediens, kas tiek pielikts, lai apturētu šķīdinātāja plūsmas iekļūšanu membrānā).
Osmotiskais līdzsvars dzīvniekiem
Lielākajā daļā dzīvnieku šķidrumi, kas piegādā šūnas, ir izosmotisks salīdzinājumā ar šķidrumiem, kas pastāv šūnu iekšienē. Tas nozīmē, ka šķidrumiem šūnu iekšienē un ārpusē ir līdzīgs osmotiskais spiediensTas novērš šūnas pārmērīgu pietūkumu, kā tas notiktu, ja hipotonisks šķīdumsvai krunkains, kaut kas notiek hipertoniski šķīdumi.
Lai varētu saglabāt šos šķidrumus izosmotisks Abās plazmas membrānas pusēs daudzas šūnas izmanto aktīvo jonu transports (piemēram, Na+ sūknēšana uz āru), kam nepieciešami enerģijas izdevumi, papildinot pasīvos procesus.
Dzīvnieku šūnas skat izosmotisks šķīdums vide, kas piemērota tās pareizai funkcionēšanai un attīstībai. Augos tas tā nav: augu šūnas, kas atrodamas izosmotisks šķīdums var ciest no matu izkrišanas turgors, jo tā šūnu siena saglabā izšķīdušās vielas un ir atkarīga no augsta iekšējā spiediena.
Ūdens un jonu pasīvā un aktīvā tranzīta
El pasīvais tranzīts neietver enerģijas patēriņu: joni Tie difundējas no vides no augstākas uz zemāku koncentrāciju un, osmozes ceļā, Ūdens pārvietojas pretējā virzienā. Jonu difūzijas ātrumu var ietekmēt temperatūra, savukārt osmoze ir atkarīga no šķīdinātāja gradients.
El aktīvais pārvietošanās nepieciešama vielmaiņas enerģija. To izmanto likvidēt liekos jonus (vielmaiņas atkritumi) vai absorbēt nepieciešamās vielas kas iet pretēji gradientam. Zivīs šī transportēšana notiek galvenokārt žaunu epitēlija šūnas, In zarna un nieres.
Hormoni un endokrīnā osmoregulācijas kontrole
Osmoregulāciju modulē hormoniJūras zivīs Kortizola veicina sāļu izdalīšanos žaunās; saldūdens zivīs, prolaktīns veicina jonu absorbciju un ūdens aizturi. kalcitonīns ietekmē kalcija pārvaldību un caurlaidība membrānu. Turklāt ass GH/IGF-1 (augšanas hormons/insulīna faktors) veicina aklimatizāciju sāļā vidē, un teleosti izmanto mineralokortikoīdu receptoru ar Kortizola kā funkcionāls ligands jonu transporta regulēšanai.
Osmoregulācija ūdensdzīvniekos
Ūdensdzīvnieki ir pielāgojušies plašam dzīvotņu klāstam, sākot no saldūdens (ar ļoti nelielu daudzumu izšķīdušās vielas) uz hipersāļiem ūdeņiem (ar bagātīgu izšķīdušās vielas). Tas rada viņiem problēmas osmotiskais līdzsvars ļoti atšķirīgi. Turklāt katra suga darbojas noteiktā apkārtējās vides osmolaritātes diapazons noteikts.
- Pinholesorganismi, kas panes šauru diapazonu sāļums vides gan saldūdenī, gan sālsūdenī.
- Euryhalinesorganismi, kas panes plašu spektru sāļums, piemēram, spēja dzīvot un pārvietoties starp saldūdeni, iesāļo ūdeni un jūras ūdeni daži, kas migrē starp upēm un jūru.
To galvenokārt var panākt divos veidos: osmoregulācija:
El osmokonformisms attiecas uz dzīvniekiem, kas atrodas osmotiskais līdzsvars ar vidi, kurā viņi dzīvo, tas ir, viņu ķermeņa šķidrumi ir gandrīz izosmotisks attiecībā uz vidi. Tie parasti ir jūras organismi, īpaši daudzi bezmugurkaulnieki un daži skrimšļveidīgie mugurkaulnieki, kas uzkrājas urīnviela un citi osmolīti, lai izlīdzinātu apkārtējā gaisa osmotisko spiedienu.
Dzīvnieki osmoregulatori saglabāt savu iekšējo osmolaritāti atšķirīgu no barotnes osmolaritātes, aktīvi pielāgojot ūdens bilance un jonus. Enerģijas izmaksas mainās atkarībā no caurlaidība ķermeņa virsmas. Ja osmolaritāte ķermeņa šķidrumu daudzums ir lielāks nekā vidē, dzīvnieks ir hiperosmotisks; ja tas ir mazāks, tad tas ir hipoosmotisks.
Aklimatizācija un sāļuma izmaiņas
Suga eurihalīns (piemēram, daži, kas migrē starp upēm un jūru) saskaras ar papildu grūtībām. To aklimatizācija ietver pakāpeniskas izmaiņas jonu transportētāju ekspresija žaunās un zarnās, korekcijas nieru darbība un labs hormonālā regulēšana (kortizols, prolaktīns, GH/IGF-1). Šīs izmaiņas prasa laiks un enerģiju; tāpēc pēkšņas sāļuma svārstības var radīt osmotiskais stress.
Osmoregulācija saldūdens zivīs
Saldūdens zivīs koncentrācija joni ķermeņa masa ir lielāka nekā ūdenī esošā. Tas izraisa ūdens difūzija iekštelpās zivs caur žaunu un ādas epitēliju. Ja šī plūsma netiek regulēta, tā var izraisīt audu pietūkumu un pasliktināt dzīvībai svarīgās funkcijas.
Lai kompensētu, šo zivju nieres ģenerē liels urīna daudzums ļoti atšķaidīts (augsta glomerulārā filtrācija), kas ļauj izvadīt ūdens pārpalikumsTā kā to sāls koncentrācija pārsniedz apkārtējās vides sāls koncentrāciju, zivis zaudē elektrolīti difūzijas ceļā, tāpēc tiem ir jābūt reabsorbēt sāļus caur specializētām šūnām žaunām un iegūt tos, izmantojot barošana.
Zaroju epitēlijā jonu apmaiņa ir saistīta ar pašu jonu apmaiņu. metabolismsOglekļa dioksīds tiek pārvērsts par bikarbonāts un tiek apmainīts ar joniem hlorīdskamēr amonijs (no olbaltumvielu katabolisma) var tikt izvadīts, apmainoties ar to nātrijsTādējādi atkritumu izdalīšanās ir apvienots ar uzturēšanu jonu homeostāze.
El pH ūdens apstākļu dēļ šīs apmaiņas: vairākās vidēs skābesNa+ uzņemšana ir apgrūtināta, un nātrijs var uzkrāties asinīs un izraisīt tūskas vai ascītu jutīgām sugām. Uzturēt stabils pH līmenis un sugas izplatības areāla ietvaros ir svarīgi izvairīties no osmotiskiem traucējumiem.
Akvariofilijas gadījumā ir ierasts pievienot nelielu daudzumu nehlorēts sāls saldūdens iekārtās, kurās nesen veikta pārstrāde, kad vēl nav sasniegta bioloģiskā stabilitāte. Noteiktu joni ūdenī tas atvieglo apmaiņu žaunās un palīdz kontrolēt amonjaku sistēmas nobriešanas fāzē. Tas jādara ar kritērijs un atkarībā no sugas, jo dažas ir jutīgas pret vadītspējas palielināšanos.
Osmoregulācija sālsūdens zivīs
Jūras zivīm ārējā vide ir hiperosmotisks attiecībā uz tā iekšējiem šķidrumiem. Tāpēc ūdenim ir tendence atstāt ķermeni ar osmozes palīdzību un joni no jūras iekļūst difūzijas ceļā caur žaunāmGalvenais risks ir dehidratācija ja tas netiek aktīvi labots.
Lai izvairītos no dehidratācijas, jūras zivis viņi dzer jūras ūdeni un absorbē ūdeni zarna pēc daļas sāļu nogulsnēšanas un atdalīšanas. Pārpalikums NaCl To žaunās izdala hlorīda šūnas (bagātas ar mitohondrijiem), kas kloro caur īpašiem kanāliem un izraidīt nātrijs pa paracelulāriem ceļiem. Daļa no atlikušā tiek izvadīta ar izkārnījumos y urīns.
Atšķirībā no saldūdens zivīm daudzas jūras zivis ražo maz urīna un ar augstu signāla koncentrāciju. Tas ir saistīts ar zemāku klātbūtni glomeruli nierēs; dažas sugas, piemēram, jūraszirdziņi, attīstīt nieres aglomerulārsLai atgūtos Ūdens un ierobežot zaudējumus, viņiem ir ilgs laiks nieru kanāliņi un efektīvi reabsorbcijas mehānismi.
Jūras skrimšļzivīm (kas nav izplatītas mājas akvārijos) stratēģija ir atšķirīga: tās ir osmokonformeri kas uzkrājas urīnviela un citus osmolītus, lai izlīdzinātu osmotisko spiedienu ar jūras spiedienu, izvadot lieko sāli caur specializētiem dziedzeriem. Šis pieminējums ilustrē daudzveidību evolucionāri risinājumi tās pašas osmotiskās problēmas dēļ.
El uzsvars maina osmoregulāciju: pēkšņas izmaiņas sāļums, slikta ūdens kvalitāte vai nepietiekama apsaimniekošana destabilizē hormoni un jonu transportētāji. Lai gan Kortizola veicina aklimatizāciju sālsūdenī, hronisks stress apdraud epitēlija barjera un ūdens līdzsvaru, palielinot uzņēmību pret patogēni.
Ietekme uz akvakultūru
Akvakultūras ražošanā ūdens sāļums ir faktors, kas kritisks augšanai. Osmoregulācija ietver enerģijas izdevumi kas, ja tas ir augsts, atņem resursus pieaugums jau barības konversija. Pielāgojiet sāļuma diapazons optimāls pēc sugas un stadijas, kā arī temperatūra y fotoperiods, maksimāli palielina produktivitāti un labsajūtu. Jūras teleostos hiperosmotiska vide liek tiem pastiprināt sāļu izdalīšanās un paaugstina vielmaiņas izmaksas; tāpēc akvakultūras speciālisti modulē sāļumu, lai uzlabotu sniegums y izdzīvošanu.
Osmotiskais līdzsvars var šķist sarežģīts, bet tas tā ir. būtiska uz mūžu. Izpratne par to palīdz interpretēt uzvedība un zivju vajadzības gan savvaļā, gan akvārijā. Galvenais ir respektēt vides diapazoni katrai sugai, izvairieties no izmaiņām pēkšņi un nodrošināt ūdens kvalitāti, kas uztur tās aizsardzības mehānismus osmoregulācija bez nevajadzīgām enerģijas izmaksām.
