En av de grunnleggende biologiske prosessene i levende vesener og fremfor alt for de som lever i akvatiske økosystemer er osmoreguleringOgså kjent som osmotisk balanse.
Alle metabolske reaksjoner som er nødvendige for livet, skjer i et vandig eller flytende medium. For at disse reaksjonene skal fungere korrekt, er det nødvendig at konsentrasjonen av vann og ubundet (alle de organiske forbindelsene med lav molekylvekt som hjelper til med å opprettholde osmotisk balanse) svinger innenfor relativt smale marginer, i en prosess som kalles osmoregulering.
Vi kan definere osmoregulering som metoden som opprettholder homeostase av kroppen, som ikke er noe annet enn levende organismers evne til å opprettholde sin indre tilstand stabil avhengig av endringene som kan skje utenfor gjennom utveksling av materie og energi med den.
Alt dette avhenger på en avgjørende måte av kontrollert bevegelse av oppløste stoffer som finnes i indre væsker og de som finnes i miljøet. Dette leder oss til reguleringen i vannbevegelse spille en grunnleggende rolle.
Nevnte regulering av bevegelsen av vann utføres av osmose, som er et fysisk fenomen basert på bevegelsen av et løsemiddelvæske gjennom en semipermeabel membran. Dette fenomenet oppstår takket være en kringkasting som ikke krever energiforbruk og er avgjørende for riktig cellemetabolisme hos levende vesener.
Kort sagt, osmoregulering bidrar til å sikre at konsentrasjonene av ubundet som finnes inni organismer (for eksempel i celler) og miljøet som omgir dem, har en tendens til å balansere hverandre gjennom strømme gjennom membraner semipermeabel. Denne omstendigheten tillater regulering av osmotisk trykk (trykk som utøves for å stoppe strømmen av løsemiddel som trenger inn i en membran).
Osmotisk balanse hos dyr
Hos de fleste dyr er væskene som tilfører celler isosmotisk sammenlignet med væskene som sameksisterer inne i celler. Dette betyr at væskene inne i og utenfor cellene har en lignende osmotisk trykkDette hindrer at cellen hovner opp for mye, slik det ville skjedd i en hypotonisk løsning, eller rynker, noe som skjer i hypertoniske løsninger.
For å kunne beholde væskene isosmotisk På begge sider av plasmamembranen bruker mange celler aktiv iontransport (f.eks. å pumpe Na+ utover) som krever energiforbruk, og komplementerer passive prosesser.
Dyreceller ser i a isosmotisk løsning et medium som er egnet for korrekt funksjon og utvikling. I planter er ikke dette tilfelle: planteceller som finnes i en isosmotisk løsning kan lide av hårtap turgor, siden celleveggen holder på oppløste stoffer og er avhengig av høyt indre trykk.
Passiv og aktiv transitt av vann og ioner
El passiv transport involverer ikke energiforbruk: ioner De diffunderer fra mediet fra høyere til lavere konsentrasjon, og ved osmose vann beveger seg i motsatt retning. Hastigheten til ionisk diffusjon kan påvirkes av temperatur, mens osmose er avhengig av løsemiddelgradient.
El aktiv transport krever metabolsk energi. Den brukes til eliminere overflødige ioner (metabolsk avfall) eller for absorbere nødvendige stoffer som går mot gradienten. Hos fisk skjer denne transporten hovedsakelig i gjelleepitelceller, I tarmen og i nyre.
Hormoner og endokrin kontroll av osmoregulering
Osmoregulering moduleres av hormonerHos marin fisk, kortisol fremmer utskillelsen av salter i gjellene; hos ferskvannsfisk, prolaktin fremmer ionabsorpsjon og vannretensjon. kalsitonin påvirker håndteringen av kalsium og permeabilitet av membraner. I tillegg aksen GH/IGF-1 (veksthormon/insulinfaktor) letter akklimatisering til saltholdige miljøer, og teleoster bruker mineralokortikoidreseptoren med kortisol som en funksjonell ligand for å regulere ionetransport.
Osmoregulering hos akvatiske dyr
Vannlevende dyr har tilpasset seg et bredt spekter av habitater, fra ferskvann (med svært få ubundet) til hypersalint vann (med rikelig ubundet). Dette setter dem i trøbbel osmotisk balanse veldig forskjellige. I tillegg fungerer hver art innenfor en omgivelsesosmolaritetsområde fast bestemt.
- Pinholesorganismer som tolererer et smalt spekter av saltholdighet av miljøet, både i ferskvann og saltvann.
- Euryhalinesorganismer som tolererer et bredt spekter av saltholdighet, å kunne leve og bevege seg mellom ferskvann, brakkvann og saltvann, for eksempel noen som vandrer mellom elver og hav.
Det er hovedsakelig to måter å oppnå dette på: osmoregulering:
El osmokonformisme refererer til dyr som er i osmotisk balanse med miljøet de lever i, det vil si at kroppsvæskene deres nesten er isosmotisk med hensyn til miljøet. De er vanligvis marine organismer, spesielt mange virvelløse dyr og noen bruskvirveldyr som akkumuleres urea og andre osmolytter for å utjevne det omgivende osmotiske trykket.
Dyrene osmoregulatorer opprettholde sin interne osmolaritet forskjellig fra mediets, og aktivt justere vannbalansen og ioner. Energikostnadene varierer i henhold til permeabilitet av kroppsoverflaten. Hvis osmolaritet av kroppsvæsker er større enn miljøets, er dyret hyperosmotisk; hvis den er mindre, er den hypoosmotisk.
Akklimatisering og endring av saltinnhold
Arten euryhalin (for eksempel noen som vandrer mellom elver og sjø) står overfor ytterligere utfordringer. Akklimatiseringen deres innebærer gradvise endringer i uttrykk av ioniske transportører i gjeller og tarm, justeringer i nyrefunksjon og en fin en hormonell regulering (kortisol, prolaktin, GH/IGF-1). Disse endringene krever tid og energi; derfor kan plutselige variasjoner i saltinnhold generere osmotisk stress.
Osmoregulering i ferskvannsfisk
Hos ferskvannsfisk er konsentrasjonen av ioner kroppen er større enn den som finnes i vann. Dette forårsaker en diffusjon av vann inn i det indre av fisken gjennom epitelet i gjellene og huden. Uregulert kan denne strømmen hovne opp vevet og svekke vitale funksjoner.
For å kompensere genererer nyren til disse fiskene store mengder urin svært fortynnet (høy glomerulær filtrasjon), noe som tillater utstøting av overskudd av vannEtter hvert som saltkonsentrasjonen deres overstiger miljøets, mister fisken elektrolytter ved diffusjon, så de må reabsorber salter gjennom spesialiserte celler i gjellene og få tak i dem gjennom fôring.
I det branchiale epitelet er ionebytte knyttet til selve ionebytningen. metabolismeKarbondioksid omdannes til bakepulver og utveksles med ioner kloridmens ammonium (fra proteinkatabolisme) kan utstøtes ved å bytte det ut med natriumDermed, den utskillelse av avfall er kombinert med vedlikeholdet av ionisk homeostase.
El pH av vannforhold disse utvekslingene: i flere miljøer syrer, Na+-opptak er vanskelig, og natrium kan akkumuleres i blodet og forårsake ødem eller ascites hos sensitive arter. Oppretthold en stabil pH og innenfor artens utbredelsesområde er det viktig å unngå osmotiske forstyrrelser.
Ved akvariefili er det vanlig å tilsette små mengder av ikke-klorert salt i ferskvannsanlegg som nylig har blitt resirkulert når biologisk stabilitet ennå ikke er tilstede. Tilstedeværelsen av visse ioner i vannet letter det utvekslingen i gjellene og bidrar til kontroll ammoniakk i løpet av systemets modningsfase. Det bør gjøres med kriterium og i henhold til art, siden noen er følsomme for økning i konduktivitet.
Osmoregulering i saltvannsfisk
Hos marin fisk er det ytre miljøet hyperosmotisk med hensyn til dens indre væsker. Derfor har vann en tendens til å forlate kroppen ved osmose og ioner fra havet komme inn ved diffusjon gjennom gjelleneHovedrisikoen er dehydrering hvis ikke aktivt korrigert.
For å unngå dehydrering, bør marin fisk de drikker sjøvann og absorbere vann i tarmen etter utfelling og utskillelse av deler av saltene. Overskuddet av NaCl Det elimineres i gjellene av kloridceller (rike på mitokondrier) som skiller ut klor gjennom spesifikke kanaler og utvise natrium via paracellulære ruter. Noe av resten skilles ut via etterslep y urin.
I motsetning til ferskvannsfisk produserer mange marine fisker lite urin og med høy signalkonsentrasjon. Dette er relatert til en lavere forekomst av glomeruli i nyren; noen arter, som f.eks. sjøhester, utvikle nyrer aglomerulærÅ komme seg vann og begrense tap, de har lenge nyretubuli og effektive reabsorpsjonsmekanismer.
Hos bruskfisk i havet (ikke vanlig i tamakvarier) er strategien annerledes: de er osmokonformere som akkumuleres urea og andre osmolytter for å utjevne det osmotiske trykket med havet, og utstøte overflødige salter gjennom spesialiserte kjertler. Denne omtalen illustrerer mangfoldet av evolusjonære løsninger for det samme osmotiske problemet.
El stresset endrer osmoregulering: plutselige endringer i saltholdighet, dårlig vannkvalitet eller utilstrekkelig forvaltning destabiliserer hormoner og ioniske transportører. Selv om kortisol letter akklimatiseringen til saltvann, kronisk stress svekker epitelbarriere og vannbalanse, noe som øker mottakeligheten for patogener.
Implikasjoner i akvakultur
I akvakulturproduksjon er vannets saltinnhold en faktor kritisk for vekst. Osmoregulering innebærer en energiforbruket som, hvis den er høy, tar bort ressurser fra vekst allerede fôrkonverteringen. Juster saltinnholdsområde optimal etter art og stadium, sammen med temperatur y fotoperiode, maksimerer produktivitet og velvære. Hos marine teleoster tvinger eksponering for et hyperosmotisk miljø dem til å intensivere utskillelse av salter og øker de metabolske kostnadene; derfor modulerer akvakulturbrukere saltinnholdet for å forbedre ytelse y overlevelse.
Osmotisk balanse kan virke kompleks, men det er det avgjørende for livet. Å forstå det hjelper med å tolke atferd og fiskens behov, både i naturen og i akvariet. Nøkkelen er å respektere miljøområder av hver art, unngå endringer brå og sikre vannkvalitet som opprettholder dens beskyttelsesmekanismer osmoregulering uten unødvendige overkostnader til energi.
