Осморегуляция

Осморегуляция — активное регулирование осмотического давления организма ; в жидкостей , определяемого осморецепторами , для поддержания гомеостаза организме воды содержания то есть он поддерживает баланс жидкости и концентрацию электролитов , который в данном случае ( солей в растворе представлен жидкостью организма), чтобы жидкости организма не стали слишком разбавленными или концентрированными. Осмотическое давление — это мера тенденции воды переходить в один раствор из другого посредством осмоса . Чем выше осмотическое давление раствора, тем больше воды стремится в него перейти. необходимо оказывать давление На гипертоническую сторону избирательно проницаемой мембраны , чтобы предотвратить диффузию воды путем осмоса со стороны, содержащей чистую воду.

Хотя в осмотическом балансе могут наблюдаться ежечасные и суточные колебания, животное обычно находится в осмотическом устойчивом состоянии в течение длительного времени. Организмы в водной и наземной среде должны поддерживать правильную концентрацию растворенных веществ и количество воды в жидкостях своего организма; это включает в себя выведение (избавление от метаболических отходов азота и других веществ, таких как гормоны , которые были бы токсичными, если бы им было позволено накапливаться в крови ) через такие органы, как кожа и почки .

Регуляторы и конформеры

Движение воды и ионов у пресноводных рыб.

Движение воды и ионов у морских рыб

Двумя основными типами осморегуляции являются осмоконформеры и осморегуляторы . Осмоконформеры активно или пассивно согласовывают осмолярность своего тела с окружающей средой. Большинство морских беспозвоночных являются осмоконформерами, хотя их ионный состав может отличаться от состава морской воды. У животных со строгой осморегуляцией количество внутренней соли и воды остается относительно постоянным несмотря на изменения окружающей среды. Это требует, чтобы поступление и отток воды и солей были одинаковыми в течение длительного периода времени.

Организмы, которые поддерживают внутреннюю осмолярность, отличную от среды, в которую они погружены, получили название осморегуляторов. Они жестко регулируют осмолярность своего тела , поддерживая постоянные внутренние условия. Они более распространены в животном мире. Осморегуляторы активно контролируют концентрацию солей, несмотря на концентрацию солей в окружающей среде. Пример – пресноводная рыба. Жабры активно поглощают соль из окружающей среды с помощью клеток, богатых митохондриями. Вода диффундирует в рыбу, поэтому она выделяет очень гипотоническую (разбавленную) мочу, чтобы удалить всю лишнюю воду. У морской рыбы внутренняя осмотическая концентрация ниже, чем у окружающей морской воды, поэтому она имеет тенденцию терять воду и накапливать соль. Он активно выделяет соли из жабр . Большинство рыб являются стеногалинными , что означает, что они обитают либо в соленой, либо в пресной воде и не могут выжить в воде с концентрацией соли, отличной от той, к которой они приспособлены. Однако некоторые рыбы демонстрируют способность эффективно осморегулировать в широком диапазоне солености; рыбы, обладающие такой способностью, называются эвригалинные виды, например, камбала . Было замечено, что камбала обитает в двух разных средах — морской и пресной воде — и ей свойственно адаптироваться к обеим, внося поведенческие и физиологические изменения.

Некоторые морские рыбы, например акулы, приспособили другой, эффективный механизм сохранения воды, а именно осморегуляцию. Они сохраняют мочевину в крови в относительно более высоких концентрациях. Мочевина повреждает живые ткани, поэтому, чтобы справиться с этой проблемой, некоторые рыбы сохраняют оксид триметиламина , который помогает противодействовать дестабилизирующему воздействию мочевины на клетки. Акулы, имеющие немного более высокую концентрацию растворенных веществ (т.е. выше 1000 мОсм, что соответствует концентрации растворенных веществ в море), не пьют воду, как пресноводные рыбы.

В растениях

нет специфических органов осморегуляции Хотя у высших растений , устьица играют важную роль в регулировании потери воды посредством эвапотранспирации , а на клеточном уровне вакуоль играет решающую роль в регулировании концентрации растворенных веществ в цитоплазме . Сильные ветры , низкая влажность и высокие температуры увеличивают испарение листьев. Абсцизовая кислота является важным гормоном , помогающим растениям сохранять воду: она заставляет устьица закрываться и стимулирует рост корней , чтобы можно было поглотить больше воды.

Растения и животные имеют общие проблемы с получением воды, но, в отличие от животных, потеря воды растениями имеет решающее значение для создания движущей силы для перемещения питательных веществ из почвы в ткани. Некоторые растения выработали методы сохранения воды.

Ксерофиты — это растения, которые могут выжить в засушливых средах обитания, таких как пустыни, и способны выдерживать длительные периоды нехватки воды. Суккулентные растения, такие как кактусы, хранят воду в вакуолях крупных тканей паренхимы . У других растений есть модификации листьев для уменьшения потери воды, например, листья игольчатой ​​формы, затонувшие устьица и толстая восковая кутикула , как у сосны . Маррам песчаный имеет свернутые листья с устьицами на внутренней поверхности.

Гидрофиты — растения, произрастающие в водной среде обитания; они могут быть плавающими, подводными или надводными и могут расти на сезонных (а не постоянных) водно-болотных угодьях. У этих растений поглощение воды может происходить всей поверхностью растения, например у кувшинки , или исключительно через корни, как у осоки. Эти растения не сталкиваются с серьезными проблемами осморегуляции из-за нехватки воды , но, за исключением видов, адаптированных к сезонным водно-болотным угодьям, у них мало защиты от высыхания.

Галофиты — это растения, обитающие в почвах с высокой концентрацией солей, например, в солончаках или в щелочных почвах в пустынных бассейнах. Им приходится поглощать воду из такой почвы, которая имеет более высокую концентрацию солей и, следовательно, более низкий водный потенциал (более высокое осмотическое давление). Галофиты справляются с этой ситуацией, активируя соли в своих корнях. Как следствие, клетки корней приобретают более низкий водный потенциал, что приводит к поступлению воды путем осмоса. Избыток соли может накапливаться в клетках или выводиться из солевых желез на листьях. Соль, выделяемая таким образом некоторыми видами, помогает им улавливать пары воды из воздуха, которые поглощаются клетками листьев в жидкость. Поэтому это еще один способ получения дополнительной воды из воздуха, например, солянка и шнуровка .

Мезофиты – растения, обитающие в землях умеренного пояса, произрастающие на хорошо увлажненной почве. Они могут легко компенсировать потери воды в результате транспирации за счет поглощения воды из почвы. Чтобы предотвратить чрезмерную транспирацию, они разработали водонепроницаемое внешнее покрытие, называемое кутикулой.

У животных

Люди

Почки играют очень большую роль в осморегуляции человека, регулируя количество воды, реабсорбируемой из клубочкового фильтрата в почечных канальцах, что контролируется такими гормонами, как антидиуретический гормон (АДГ), альдостерон и ангиотензин II . Например, снижение водного потенциала фиксируется осморецепторами в гипоталамусе , что стимулирует высвобождение АДГ из гипофиза для повышения проницаемости стенок собирательных трубочек в почках. Таким образом, большая часть воды реабсорбируется из жидкости в почках, чтобы предотвратить выведение слишком большого количества воды .

Морские млекопитающие

Питьё не является обычным явлением среди ластоногих и китообразных . Водный баланс у морских млекопитающих поддерживается метаболической и пищевой водой, а случайное попадание в организм и пищевой соли может способствовать поддержанию гомеостаза электролитов. Почки ластоногих и китообразных имеют дольчатое строение, в отличие от таковых у немедведей среди наземных млекопитающих, но эта специфическая адаптация не обеспечивает большей концентрационной способности. В отличие от большинства других водных млекопитающих, ламантины часто пьют пресную воду, а каланы часто пьют соленую воду.

костистые кости

У костистых (развитых лучепёрых) рыб в поддержании баланса жидкости в организме участвуют жабры, почки и пищеварительный тракт как основные органы осморегуляции. В частности, жабры считаются основным органом, с помощью которого контролируется концентрация ионов у морских костистых рыб.

Необычно то, что сомы семейства угрехвостов Plotosidae имеют внежаберный дендритный орган, секретирующий соль. Дендритный орган, вероятно, является продуктом конвергентной эволюции с органами, секретирующими соль, у других позвоночных. Роль этого органа была обнаружена по его высокой активности NKA и NKCC в ответ на повышение солености. Однако дендритный орган Plotosidae может иметь ограниченное применение в условиях экстремальной солености по сравнению с более типичной ионорегуляцией на основе жабр.

У простейших

Протист Paramecium aurelia с сократительными вакуолями.

Амеба использует сократительные вакуоли для сбора экскреторных отходов, таких как аммиак , из внутриклеточной жидкости путем диффузии и активного транспорта . Поскольку осмотическое действие выталкивает воду из окружающей среды в цитоплазму, вакуоль перемещается на поверхность и перекачивает содержимое в окружающую среду.

У бактерий

Бактерии реагируют на осмотический стресс быстрым накоплением электролитов или небольших органических растворов через транспортеры, деятельность которых стимулируется увеличением осмолярности. Бактерии также могут включать гены, кодирующие транспортеры осмолитов и ферменты, синтезирующие осмопротекторы. EnvZ /OmpR Двухкомпонентная система , регулирующая экспрессию поринов , хорошо охарактеризована в модельном организме E. coli .

Выделительные системы позвоночных

Отходы азотистого обмена

Аммиак является токсичным побочным продуктом белкового обмена и обычно после образования и выведения из организма превращается в менее токсичные вещества; млекопитающие преобразуют аммиак в мочевину, тогда как птицы и рептилии образуют мочевую кислоту, которая выводится с другими отходами через клоаки .

Достижение осморегуляции у позвоночных

Происходят четыре процесса:

• фильтрация - жидкая часть крови (плазма) фильтруется из структуры нефрона (функциональной единицы почек позвоночных), известной как клубочек, в капсулу Боумена или капсулу клубочка (в коре почки) и стекает по проксимальным извитым канальцам в «u- поворот», называемый « петлей Генле » (петля нефрона) в мозговом отделе почки.
• реабсорбция – большая часть вязкого клубочкового фильтрата возвращается в кровеносные сосуды, окружающие извитые канальцы.
• секреция – оставшаяся жидкость превращается в мочу , которая поступает по собирательным трубочкам в мозговой отдел почки.
• выведение – моча (у млекопитающих) хранится в мочевом пузыре и выходит через уретру ; у других позвоночных моча смешивается с другими отходами в клоаке перед тем, как покинуть тело (у лягушек также есть мочевой пузырь).

См. также

• Эвригалинный - термин, описывающий организмы, способные адаптироваться к широкому диапазону солености.
• Галотолерантность – адаптация к высокой солености.
• Осмоконформер – любой морской организм, поддерживающий внутренний осмотический баланс с внешней средой.
• Осмотическая концентрация - молярность осмотически активных частиц.
• Солевая железа – орган выделения излишков соли.
• Стенохалин - термин, описывающий организмы, которые не переносят широкий диапазон солености.
• Гидратация тканей – поставка и удержание достаточного количества воды в биологических тканях. Страницы, отображающие описания викиданных в качестве запасного варианта.

Ссылки

• Э. Соломон, Л. Берг, Д. Мартин, Биология, 6-е издание. Брукс/Коул Паблишинг. 2002 г.