Одним з фундаментальних біологічних процесів у живих істотах і, перш за все, для тих, хто населяє водні екосистеми, є осморегуляція, також відомий як осмотичний баланс.
Усі необхідні для життя метаболічні реакції відбуваються у водному або рідкому середовищі. Для правильної роботи цих реакцій необхідно, щоб концентрації води та розчинені речовини (всі ті низькомолекулярні органічні сполуки, які допомагають підтримувати осмотичний баланс) коливаються на відносно вузьких полях у процесі, який називається осморегуляція.
Ми можемо визначити осморегуляція як метод, що підтримує гомеостазу тіла, що є не що інше, як здатність живих організмів підтримувати стабільний свій внутрішній стан залежно від змін, які можуть відбуватися зовні шляхом обміну з ним речовиною та енергією.
Все це вирішальним чином залежить від контрольований рух розчинених речовин що існують у внутрішніх рідинах та тих, що знаходяться в навколишньому середовищі. Це підводить нас до регуляції в рух води відіграють фундаментальну роль.
Це регулювання руху води здійснюється осмос, що є фізичним явищем, заснованим на русі розчинника-рідини через напівпроникну мембрану. Це явище виникає завдяки дифузія який не потребує витрат енергії та має вирішальне значення для правильного клітинного метаболізму живих істот.
Якщо коротко, то осморегуляція допомагає забезпечити концентрацію розчинені речовини існуючі всередині організмів (наприклад, у клітинах) та середовище, що їх оточує, прагнуть збалансувати одне одного через потік через мембрани напівпроникний. Ця обставина дозволяє регулювати осмотичний тиск (тиск, що застосовується для зупинки потоку розчинника, що проникає через мембрану).
Осмотичний баланс у тварин
У більшості тварин це рідини, що постачають клітини ізосмотичний порівняно з рідинами, які співіснують усередині клітин. Це означає, що рідини всередині та зовні клітин мають подібний осмотичний тискЦе запобігає надмірному набуханню клітини, як це трапляється в гіпотонічний розчин, або зморщування, щось, що відбувається в гіпертонічні розчини.
Щоб мати можливість утримувати цю рідину ізосмотичний По обидва боки плазматичної мембрани багато клітин використовують активний іонний транспорт (наприклад, викачування Na+ назовні), що вимагає витрат енергії, доповнюючи пасивні процеси.
Клітини тварин бачать в ізоосмотичний розчин середовище, придатне для його правильного функціонування та розвитку. У рослин це не так: рослинні клітини, які знаходяться в ізоосмотичний розчин може страждати від випадіння волосся тургор, оскільки його клітинна стінка утримує розчинені речовини та залежить від високого внутрішнього тиску.
Пасивний та активний транзит води та іонів
El пасивний транзит не передбачає споживання енергії: іони Вони дифундують із середовища від вищої до нижчої концентрації та, шляхом осмосу, вода рухається у протилежному напрямку. На швидкість іонної дифузії може впливати температура, тоді як осмос залежить від градієнт розчиненої речовини.
El активний транзит вимагає метаболічної енергії. Вона використовується для усунути надлишок іонів (відходи метаболізму) або для засвоюють необхідні речовини що йдуть проти градієнта. У риб цей транспорт відбувається переважно в клітини зябрового епітелію, у кишка і в нирка.
Гормони та ендокринний контроль осморегуляції
Осморегуляція модулюється гормониУ морських риб, кортизолу сприяє виділенню солей у зябрах; у прісноводних риб, пролактин сприяє поглинанню іонів та утриманню води. кальцитонін впливає на управління кальцієм та проникність мембран. Крім того, вісь ГР/ІФР-1 (гормон росту/інсуліновий фактор) сприяє акліматизації до сольового середовища, а кісткові риби використовують мінералокортикоїдний рецептор з кортизолу як функціональний ліганд для регуляції іонного транспорту.
Осморегуляція у водних тварин
Водні тварини адаптувалися до широкого спектру середовищ існування, від прісноводних (з дуже невеликою кількістю розчинені речовини) до гіперсолоних вод (з великою кількістю розчинені речовини). Це створює їм проблеми осмотичний баланс дуже різні. Крім того, кожен вид функціонує в межах діапазон осмолярності навколишнього середовища визначається.
- Обскури: організми, що переносять вузький діапазон солоність навколишнього середовища, як у прісній, так і в солоній воді.
- Еуріхалінос: організми, що переносять широкий спектр солоність, наприклад, здатність жити та переміщатися між прісною, солонуватою та морською водою деякі, що мігрують між річками та морем.
Існує головним чином два способи досягнення цього: осморегуляція:
El осмоконформізм стосується тварин, які знаходяться в осмотичний баланс з середовищем, у якому вони живуть, тобто рідини їхнього організму майже ізосмотичний стосовно навколишнього середовища. Зазвичай вони морські організми, особливо багато безхребетних та деякі хрящові хребетні, які накопичують сечовина та інші осмоліти для вирівнювання осмотичного тиску навколишнього середовища.
Тварини осморегулятори підтримують свою внутрішню осмолярність, відмінну від осмолярності середовища, активно регулюючи водний баланс та іони. Вартість енергії змінюється залежно від проникність поверхні тіла. Якщо осмолярність рідин організму більша, ніж у навколишньому середовищі, тварина гіперосмотичний; якщо воно менше, то воно гіпоосмотичний.
Акліматизація та зміна солоності
Вид евригалінний (наприклад, деякі з тих, що мігрують між річками та морем) стикаються з додатковими труднощами. Їхня акліматизація передбачає поступові зміни в експресія іонних транспортерів у зябрах та кишечнику, корекції в функції нирок і гарний гормональна регуляція (кортизол, пролактин, гормон росту/IGF-1). Ці зміни вимагають час та енергію; тому раптові коливання солоності можуть спричиняти осмотичний стрес.
Осморегуляція у прісноводних риб
У прісноводних рибах концентрація іони тіло більша, ніж та, що міститься у воді. Це спричиняє дифузія води всередину риби через епітелій зябер та шкіри. Нерегульований цей потік може призвести до набряку тканин та порушення життєво важливих функцій.
Щоб компенсувати це, нирки цих риб генерують великі об'єми сечі дуже розведений (висока клубочкова фільтрація), що дозволяє вигнати надлишок водиОскільки концентрація солі в них перевищує концентрацію в навколишньому середовищі, риби втрачають електроліти шляхом дифузії, тому вони повинні реабсорбують солі через спеціалізовані клітини в зябра та отримати їх через годування.
У зябровому епітелії іонний обмін пов'язаний із самим іонним обміном. метаболізмВуглекислий газ перетворюється на бікарбонат і обмінюється з іонами хлоридв той час як амоній (від катаболізму білка) може бути виведений шляхом обміну його з натрію. Таким чином, виділення відходів пов'язано з підтримкою іонний гомеостаз.
El pH вода обумовлює ці обміни: у більшій кількості середовищ кислотиЗасвоювання Na+ утруднене, і натрій може накопичуватися в крові та спричиняти набряки або асцит у чутливих видів. Підтримуйте стабільний pH а в межах ареалу виду важливо уникати осмотичних порушень.
При акваріофілії зазвичай додають невелику кількість нехлорована сіль у прісноводних спорудах, які нещодавно були циклічно замінені, коли біологічна стабільність ще не досягнута. Наявність певних іони у воді це сприяє обміну в зябрах і допомагає контроль аміаку під час фази дозрівання системи. Це слід робити з критерій і залежно від виду, оскільки деякі чутливі до збільшення провідності.
Осморегуляція у морської риби
У морських риб зовнішнє середовище таке гіперосмотичний відносно своїх внутрішніх рідин. Тому вода прагне залишити тіло шляхом осмосу та іони з моря потрапляють шляхом дифузії через зябраОсновний ризик полягає в зневоднення якщо їх активно не виправляти.
Щоб уникнути зневоднення, морська риба вони п'ють морську воду і поглинають воду в кишка після осадження та відділення частини солей. Надлишок NaCl Він виводиться через зябра хлоридними клітинами (багатими на мітохондрії), які виділяють хлор через спеціальні канали та вигнати натрію парацелюлярними шляхами. Частина решти виводиться через табурет y сечі.
На відміну від прісноводних риб, багато морських риб виробляють мало сечі і з високою концентрацією сигналу. Це пов'язано з меншою присутністю клубочки у нирках; деякі види, такі як морські коники, розвивають нирки агломерулярнийЩоб відновитися вода та обмежувати втрати, вони вже давно ниркові канальці та ефективні механізми реабсорбції.
У морських хрящових риб (які не поширені в домашніх акваріумах) стратегія інша: вони осмоконформери що накопичуються сечовина та інші осмоліти для вирівнювання свого осмотичного тиску з морським, виводячи надлишок солей через спеціалізовані залози. Ця згадка ілюструє різноманітність еволюційні рішення для тієї ж осмотичної проблеми.
El Стрес змінює осморегуляцію: раптові зміни солоність, низька якість води або неадекватне управління дестабілізують гормони та іонні транспортери. Хоча кортизолу полегшує акліматизацію до солоної води, хронічний стрес ставить під загрозу епітеліальний бар'єр і водний баланс, підвищуючи сприйнятливість до збудників.
Наслідки для аквакультури
У виробництві аквакультури солоність води є фактором критичний для росту. Осморегуляція включає енерговитрати який, якщо він високий, забирає ресурси у зростання вже конверсію корму. Відрегулюйте діапазон солоності оптимальний за видами та стадіями, а також температура y фотоперіод, максимізує продуктивність та добробут. У морських кісткових риб вплив гіперосмотичного середовища змушує їх інтенсифікувати виведення солей і підвищує метаболічні витрати; тому аквакультуристи модулюють солоність для покращення продуктивність y виживання.
Осмотичний баланс може здаватися складним, але це так. істотне на все життя. Розуміння цього допомагає інтерпретувати поведінку та потреби риб, як у дикій природі, так і в акваріумі. Головне — поважати діапазони навколишнього середовища кожного виду, уникайте змін різкий та забезпечити якість води, яка підтримує її захисні механізми осморегуляція без зайвих перевитрат енергії.
