Jedan od temeljnih bioloških procesa u živim bićima i, prije svega, za one koji nastanjuju vodene ekosisteme je osmoregulacija, poznat i kao osmotska ravnoteža.
Sve metaboličke reakcije potrebne za život odvijaju se u vodenom ili tečnom mediju. Za ispravan rad ovih reakcija potrebno je da koncentracije vode i otopljene supstance (sva ona organska jedinjenja male molekulske težine koja pomažu u održavanju osmotska ravnoteža) osciliraju unutar relativno uskih margina, u procesu tzv osmoregulacija.
Možemo definisati osmoregulacija kao metoda koja održava homeostaze tijela, što nije ništa drugo nego sposobnost živih organizama da održavaju svoje unutrašnje stanje stabilnim u zavisnosti od promjena koje se mogu dogoditi spolja putem razmjene materije i energije s njim.
Sve ovo na ključan način zavisi od kontrolirano kretanje rastvorenih materija koje postoje u unutrašnjim tekućinama i onima koje se nalaze u okolini. To nas dovodi do regulacije u kretanje vode igraju fundamentalnu ulogu.
Ovu regulaciju kretanja vode provodi osmoza, što je fizički fenomen zasnovan na kretanju tečnog rastvarača kroz polupropusnu membranu. Ovaj fenomen nastaje zahvaljujući difuzija koji ne zahtijeva utrošak energije i ključan je za pravilan ćelijski metabolizam živih bića.
Ukratko, the osmoregulacija pomaže u osiguravanju da koncentracije otopljene supstance Postojeći unutar organizama (na primjer, u ćelijama) i okolina koja ih okružuje teže međusobnom uravnotežavanju putem protok kroz membrane polupropusna. Ova okolnost omogućava regulaciju osmotski pritisak (pritisak koji se primjenjuje kako bi se zaustavio protok rastvarača koji prodire kroz membranu).
Osmotska ravnoteža u životinja
U većini životinja su tečnosti koje opskrbljuju ćelije izosmotski u poređenju sa tečnostima koje koegzistiraju unutar ćelija. To znači da tečnosti unutar i izvan ćelija imaju sličan osmotski pritisakOvo sprečava prekomjerno oticanje ćelije, kao što bi se to dogodilo u hipotonično rješenje, ili boranje, nešto što se događa u hipertonični rastvori.
Da bih mogao zadržati te tečnosti izosmotski Sa obje strane plazma membrane, mnoge ćelije koriste aktivni transport iona (npr. pumpanje Na+ prema van) što zahtijeva utrošak energije, nadopunjavajući pasivne procese.
Životinjske stanice vide u a izosmotski rastvor medij pogodan za njegovo pravilno funkcioniranje i razvoj. Kod biljaka to nije slučaj: biljne ćelije koje se nalaze u izosmotski rastvor može patiti od gubitka kose turgor, budući da njegov ćelijski zid zadržava rastvorene materije i oslanja se na visoki unutrašnji pritisak.
Pasivni i aktivni tranzit vode i iona
El pasivni tranzit ne uključuje potrošnju energije: joni Oni difundiraju iz medija od više ka nižoj koncentraciji i, osmozom, agua kreće se u suprotnom smjeru. Brzina ionske difuzije može biti pod utjecajem temperatura, dok osmoza zavisi od gradijent rastvorene supstance.
El aktivni tranzit Zahtijeva metaboličku energiju. Koristi se za eliminirati višak iona (metabolički otpad) ili za apsorbiraju potrebne tvari koji idu protiv gradijenta. Kod riba se ovaj transport odvija uglavnom u epitelne ćelije škrga, in crijeva y en el bubrega.
Hormoni i endokrina kontrola osmoregulacije
Osmoregulacija je modulirana pomoću hormoniKod morskih riba, kortizol potiče izlučivanje soli u škrgama; kod slatkovodnih riba, prolaktin potiče apsorpciju iona i zadržavanje vode. kalcitonin utiče na upravljanje kalcijumom i propusnost membrana. Osim toga, osa GH/IGF-1 (hormon rasta/inzulinski faktor) olakšava aklimatizaciju na slane sredine, a teleostne ribe koriste mineralokortikoidni receptor sa kortizol kao funkcionalni ligand za regulaciju ionskog transporta.
Osmoregulacija kod vodenih životinja
Vodene životinje su se prilagodile širokom rasponu staništa, od slatke vode (sa vrlo malo otopljene supstance) do hipersalinih voda (sa obilnim otopljene supstance). To ih suočava s problemima osmotska ravnoteža vrlo različite. Osim toga, svaka vrsta funkcionira unutar raspon ambijentalne osmolarnosti odlučan.
- Rupe za rupe: organizmi koji tolerišu uski raspon salinitet okoliša, kako u slatkoj tako i u slanoj vodi.
- Euryhalinesorganizmi koji tolerišu širok spektar salinitet, na primjer, mogućnost života i kretanja između slatke, bočate i morske vode neke koje migriraju između rijeka i mora.
Postoje uglavnom dva načina da se to postigne: osmoregulacija:
El osmokonformizam odnosi se na životinje koje se nalaze u osmotska ravnoteža s okolinom u kojoj žive, odnosno, njihove tjelesne tekućine su gotovo izosmotski s obzirom na okolinu. Obično su morski organizmi, posebno mnogi beskičmenjaci i neki hrskavični kičmenjaci koji se akumuliraju urea i drugi osmoliti za izjednačavanje osmotskog pritiska okoline.
Životinje osmoregulatori održavaju svoju unutrašnju osmolarnost različitu od osmolarnosti medija, aktivno prilagođavajući vodni bilans i ioni. Trošak energije varira u zavisnosti od propusnost površine tijela. Ako osmolarnost količina tjelesnih tečnosti je veća od količine u okolini, životinja je hiperosmotski; ako je manje, onda jeste hipoosmotski.
Aklimatizacija i promjena saliniteta
Vrsta eurihalinski (na primjer, neke koje migriraju između rijeka i mora) suočavaju se s dodatnim izazovima. Njihova aklimatizacija uključuje postepene promjene u ekspresija jonskih transportera u škrgama i crijevima, prilagođavanja u funkciju bubrega i jedan dobar hormonska regulacija (kortizol, prolaktin, GH/IGF-1). Ove promjene zahtijevaju vrijeme i energiju; stoga, nagle promjene u slanosti mogu generirati osmotski stres.
Osmoregulacija slatkovodnih riba
Kod slatkovodnih riba, koncentracija joni tijelo je veće od onoga što je prisutno u vodi. To uzrokuje difuzija vode u unutrašnjost ribe kroz epitel škrga i kože. Neregulisan, ovaj protok može oticati tkiva i narušiti vitalne funkcije.
Da bi to kompenzirali, bubrezi ovih riba stvaraju velike količine urina vrlo razrijeđen (visoka glomerularna filtracija), što omogućava izbacivanje višak vodeKako im koncentracija soli premašuje koncentraciju u okolini, ribe gube elektroliti difuzijom, tako da moraju reapsorbiraju soli kroz specijalizirane ćelije u škrg i nabavite ih putem hranjenje.
U branhijalnom epitelu, ionska izmjena je povezana sa samom ionskom izmjenom. metabolizamUgljikov dioksid se pretvara u bikarbonat i izmjenjuje se s ionima hlorid, dok je amonijum (iz katabolizma proteina) može se ukloniti zamjenom sa natrijuma. Dakle, the izlučivanje otpada povezano je s održavanjem ionska homeostaza.
El pH voda uslovljava ove razmjene: u više okruženja kiseline, apsorpcija Na+ je otežana, a natrij se može akumulirati u krvi i uzrokovati edem ili ascitesa kod osjetljivih vrsta. Održavajte stabilan pH a unutar područja rasprostranjenosti vrste bitno je izbjegavati osmotske poremećaje.
Kod akvarijofilije je uobičajeno dodavati male količine neklorirana sol u postrojenjima za slatku vodu koja su nedavno bila ciklički zamijenjena kada još nije postignuta biološka stabilnost. Prisustvo određenih joni u vodi olakšava razmjenu tvari u škrgama i pomaže u kontrola amonijaka tokom faze sazrijevanja sistema. To treba uraditi sa kriterij i prema vrstama, budući da su neke osjetljive na povećanje provodljivosti.
Osmoregulacija u morskoj ribi
Kod morskih riba, vanjska okolina je hiperosmotski u odnosu na svoje unutrašnje fluide. Stoga, voda teži da napusti telo osmozom i joni iz mora ulaze difuzijom kroz škrgGlavni rizik je dehidratacija ako se aktivno ne ispravi.
Da biste izbjegli dehidraciju, morske ribe piju morsku vodu i apsorbuju vodu u crijeva nakon taloženja i odvajanja dijela soli. Višak NaCl Eliminiše se kroz škrge pomoću hloridnih ćelija (bogatih mitohondrijama) koje luče cloro putem određenih kanala i protjerati natrijuma paracelularnim putevima. Dio ostatka se izlučuje putem izmet y urina.
Za razliku od slatkovodnih riba, mnoge morske ribe proizvode malo urina i sa visokom koncentracijom signala. Ovo je povezano sa nižim prisustvom glomeruli u bubregu; neke vrste, kao što su morski konjići, razvijaju bubrege aglomerularniOporaviti se agua i ograničiti gubitke, oni već dugo bubrežni tubuli i efikasne mehanizme reapsorpcije.
Kod morskih hrskavičnih riba (koje nisu uobičajene u domaćim akvarijumima), strategija je drugačija: one su osmokonformeri koje se akumuliraju urea i druge osmolite kako bi izjednačili svoj osmotski pritisak sa morem, izbacujući višak soli kroz specijalizirane žlijezde. Ovo spominjanje ilustruje raznolikost evolucijska rješenja zbog istog osmotičkog problema.
El stres mijenja osmoregulaciju: nagle promjene u salinitet, loš kvalitet vode ili neadekvatno upravljanje destabilizuju hormoni i jonski transporteri. Iako kortizol olakšava aklimatizaciju na slanu vodu, hronični stres ugrožava epitelna barijera i ravnotežu vode, povećavajući podložnost patogeni.
Implikacije u akvakulturi
U akvakulturnoj proizvodnji, slanost vode je faktor kritično za rast. Osmoregulacija uključuje potrošnja energije koji, ako je visok, oduzima resurse od rast već konverziju hrane. Podesite raspon slanosti optimalno po vrsti i stadiju, zajedno sa temperatura y fotoperiod, maksimizira produktivnost i dobrobit. Kod morskih teleosta, izloženost hiperosmotskom okruženju prisiljava ih da intenziviraju izlučivanje soli i povećava metaboličke troškove; stoga, akvakulturisti moduliraju salinitet kako bi ga poboljšali performance y opstanak.
Osmotska ravnoteža može izgledati složena, ali je... esencijalno za život. Razumijevanje toga pomaže u tumačenju ponašanje i potrebe riba, kako u divljini tako i u akvarijumu. Ključno je poštovati rasponi okoline svake vrste, izbjegavajte promjene naglo i osigurati kvalitet vode koji održava njene zaštitne mehanizme osmoregulacija bez nepotrebnih prekomjernih troškova energije.
