Osmoregulacja - Osmoregulation

Osmoregulacja jest aktywna regulacja ciśnienia osmotycznego wystąpienia organizmu jest w płynach ustrojowych , nie wykryto przez osmoreceptor w celu utrzymania homeostazy z organizmu wody treści; to znaczy, że utrzymuje równowagę płynów i stężenia z elektrolitów ( soli w roztworze , który jest w tym przypadku reprezentowany przez płynu ustrojowego) do przechowywania płynów ustrojowych staje się zbyt rozcieńczony lub stężony. Ciśnienie osmotyczne jest miarą tendencji wody do przechodzenia z jednego roztworu do drugiego przez osmozę . Im wyższe ciśnienie osmotyczne roztworu, tym więcej wody ma tendencję do przedostawania się do niego. Po stronie hipertonicznej selektywnie przepuszczalnej membrany należy wywierać nacisk, aby zapobiec dyfuzji wody przez osmozę od strony zawierającej czystą wodę.

Chociaż mogą występować wahania godzinowe i dzienne w równowadze osmotycznej, zwierzę jest ogólnie w stanie równowagi osmotycznej przez długi czas. Organizmy w środowisku wodnym i lądowym muszą utrzymywać właściwe stężenie substancji rozpuszczonych i ilość wody w płynach ustrojowych; Wiąże się to z wydalaniem (pozbywaniem się metabolicznych odpadów azotowych i innych substancji, takich jak hormony, które byłyby toksyczne, gdyby mogły gromadzić się we krwi ) przez narządy takie jak skóra i nerki .

Regulatory i konformery

Ruch wody i jonów w rybach słodkowodnych
Ruch wody i jonów w rybach morskich

Dwa główne rodzaje osmoregulacji to osmokonformatory i osmoregulatory . Osmokonformery aktywnie lub biernie dopasowują osmolarność swojego ciała do otoczenia. Większość bezkręgowców morskich to organizmy osmokonformujące, chociaż ich skład jonowy może różnić się od składu wody morskiej. U zwierzęcia ściśle osmoregulującego ilość soli wewnętrznej i wody jest utrzymywana na względnie stałym poziomie w obliczu zmian środowiskowych. Wymaga, aby pobór i odpływ wody i soli były równe przez dłuższy czas.

Organizmy, które utrzymują wewnętrzną osmolarność inną niż medium, w którym są zanurzone, nazwano osmoregulatorami. Ściśle regulują osmolarność swojego organizmu , utrzymując stałe warunki wewnętrzne. Są bardziej powszechne w królestwie zwierząt. Osmoregulatory aktywnie kontrolują stężenie soli pomimo stężenia soli w środowisku. Przykładem są ryby słodkowodne. Skrzela aktywnie pobierają sól ze środowiska dzięki wykorzystaniu komórek bogatych w mitochondria. Woda dyfunduje do ryby, więc wydala bardzo hipotoniczny (rozcieńczony) mocz, aby usunąć cały nadmiar wody. Ryba morska ma wewnętrzne stężenie osmotyczne niższe niż w otaczającej wodzie morskiej, więc ma tendencję do utraty wody i gromadzenia soli. Aktywnie wydala sól ze skrzeli . Większość ryb to stenohalinowe , co oznacza, że ​​są ograniczone do słonej lub słodkiej wody i nie mogą przetrwać w wodzie o innym stężeniu soli, niż są do tego przystosowane. Jednak niektóre ryby wykazują zdolność do skutecznej osmoregulacji w szerokim zakresie zasolenia; ryby o tej zdolności znane są jako gatunki euryhalinowe , np . flądra . Zaobserwowano, że flądra zamieszkuje dwa odmienne środowiska – wodę morską i słodką – i nieodłącznie przystosowuje się do obu, wprowadzając modyfikacje behawioralne i fizjologiczne.

Niektóre ryby morskie, takie jak rekiny, przyjęły inny, skuteczny mechanizm oszczędzania wody, tj. osmoregulację. Zatrzymują we krwi mocznik w stosunkowo wyższym stężeniu. Mocznik uszkadza żywe tkanki, więc aby poradzić sobie z tym problemem, niektóre ryby zatrzymują tlenek trimetyloaminy . Zapewnia to lepsze rozwiązanie problemu toksyczności mocznika. Rekiny, które mają nieco wyższe stężenie substancji rozpuszczonej (tj. powyżej 1000 mOsm, czyli stężenie substancji rozpuszczonej w morzu), nie piją wody jak ryby słodkowodne.

W roślinach

O ile w roślinach wyższych brak jest specyficznych organów osmoregulacyjnych , to aparaty szparkowe odgrywają ważną rolę w regulacji utraty wody poprzez ewapotranspirację , a na poziomie komórkowym wakuola ma kluczowe znaczenie w regulacji stężenia substancji rozpuszczonych w cytoplazmie . Silne wiatry , niska wilgotność i wysokie temperatury zwiększają ewapotranspirację z liści. Kwas abscysynowy jest ważnym hormonem pomagającym roślinom oszczędzać wodę — powoduje zamykanie szparek i stymuluje wzrost korzeni, dzięki czemu można wchłonąć więcej wody.

Rośliny dzielą ze zwierzętami problemy związane z pozyskiwaniem wody, ale w przeciwieństwie do zwierząt utrata wody w roślinach jest kluczowa dla stworzenia siły napędowej przemieszczania składników odżywczych z gleby do tkanek. Niektóre rośliny wykształciły metody ochrony wody.

Kserofity to rośliny, które mogą przetrwać w suchych siedliskach, takich jak pustynie, i są w stanie wytrzymać dłuższe okresy niedoboru wody. Sukulenty, takie jak kaktusy, gromadzą wodę w wakuolach dużych tkanek miąższu . Inne rośliny mają modyfikacje liści w celu zmniejszenia utraty wody, takie jak liście w kształcie igieł, zapadnięte aparaty szparkowe i grube, woskowate skórki, jak u sosny . Piasku wydma marram trawa ma walcowane liści z szparki na wewnętrznej powierzchni.

Hydrofity to rośliny występujące w siedliskach wodnych. Rosną głównie w wodzie lub w miejscach mokrych lub wilgotnych. W tych roślinach wchłanianie wody następuje przez całą powierzchnię rośliny, np . lilii wodnej .

Halofity to rośliny żyjące na terenach podmokłych (blisko morza). Muszą pobierać wodę z takiej gleby, która ma wyższe stężenie soli, a tym samym mniejszy potencjał wodny (większe ciśnienie osmotyczne). Halofity radzą sobie z tą sytuacją, aktywując sole w swoich korzeniach. W konsekwencji komórki korzeni rozwijają niższy potencjał wodny, który wnosi wodę przez osmozę. Nadmiar soli może być gromadzony w komórkach lub wydalany z gruczołów solnych na liściach. Sól wydzielana w ten sposób przez niektóre gatunki pomaga im wychwytywać parę wodną z powietrza, która jest wchłaniana w cieczy przez komórki liści. Jest to zatem kolejny sposób na pozyskiwanie dodatkowej wody z powietrza, np. z persówki i pergaminu .

Mezofity to rośliny żyjące na terenach strefy umiarkowanej, które rosną w dobrze nawodnionej glebie. Pochłaniając wodę z gleby, z łatwością kompensują utratę wody w wyniku transpiracji. Aby zapobiec nadmiernej transpiracji, opracowali wodoodporną powłokę zewnętrzną zwaną naskórkiem.

U zwierząt

Ludzie

Nerki odgrywają bardzo dużą rolę w ludzkiej osmoregulacji, regulując ilość wody reabsorbowanej z przesączu kłębuszkowego w kanalikach nerkowych, która jest kontrolowana przez hormony, takie jak hormon antydiuretyczny (ADH), aldosteron i angiotensyna II . Na przykład spadek potencjału wodnego wykrywany jest przez osmoreceptory w podwzgórzu , co stymuluje uwalnianie ADH z przysadki mózgowej w celu zwiększenia przepuszczalności ścian przewodów zbiorczych w nerkach. Dlatego duża część wody jest ponownie wchłaniana z płynu w nerkach, aby zapobiec wydalaniu zbyt dużej ilości wody .

Ssaki morskie

Picie nie jest powszechnym zachowaniem płetwonogich i waleni . Równowaga wodna u ssaków morskich jest utrzymywana przez wodę metaboliczną i dietetyczną, podczas gdy przypadkowe spożycie i spożycie soli w diecie może pomóc w utrzymaniu homeostazy elektrolitów. Nerki płetwonogich i waleni mają budowę klapowatą, w przeciwieństwie do nerki niedźwiedzi wśród ssaków lądowych, ale ta specyficzna adaptacja nie zapewnia żadnej większej zdolności koncentracji. W przeciwieństwie do większości innych ssaków wodnych, manaty często piją słodką wodę, a wydry morskie często piją wodę słoną.

Teleostei

W teleost (rozszerzone promienie żebrowanych) ryby, skrzela, nerki i przewodu moczowego są zaangażowane w utrzymanie równowagi płynów ciała, jako główne narządy osmoregulatory. W szczególności skrzela są uważane za główny organ, za pomocą którego koncentracja jonów jest kontrolowana u doskonałokostnych morskich.

Co niezwykłe, sumów w rodzinie eeltail Plotosidae mieć sól wydzielających dendrytycznych narząd ekstra skrzelowy. Organ dendrytyczny jest prawdopodobnie produktem ewolucji zbieżnej z innymi organami wydzielającymi sól kręgowców. Rolę tego narządu odkryto dzięki wysokiej aktywności NKA i NKCC w odpowiedzi na rosnące zasolenie. Jednak narząd dendrytyczny Plotosidae może mieć ograniczone zastosowanie w warunkach ekstremalnego zasolenia, w porównaniu z bardziej typową jonoregulacją skrzeli.

u protistów

Protist Paramecium aurelia z kurczliwymi wakuolami.

Ameba wykorzystuje kurczliwe wakuole do zbierania odpadów wydalniczych, takich jak amoniak , z płynu wewnątrzkomórkowego poprzez dyfuzję i aktywny transport . Gdy działanie osmotyczne wypycha wodę ze środowiska do cytoplazmy, wakuola przemieszcza się na powierzchnię i pompuje zawartość do środowiska.

W bakteriach

Bakterie reagują na stres osmotyczny poprzez szybkie gromadzenie elektrolitów lub małych organicznych substancji rozpuszczonych za pośrednictwem transporterów, których aktywność jest stymulowana wzrostem osmolarności. Bakterie mogą również włączać geny kodujące transportery osmolitów i enzymy syntetyzujące osmoprotektanty. / OmpR EnvZ układ dwuskładnikowy , który reguluje ekspresję poryn jest dobrze scharakteryzowany w modelu organizm E. coli .

Systemy wydalnicze kręgowców

Produkty odpadowe metabolizmu azotu

Amoniak jest toksycznym produktem ubocznym metabolizmu białek i po wytworzeniu, a następnie wydalaniu jest na ogół przekształcany w mniej toksyczne substancje; ssaki przekształcają amoniak w mocznik, podczas gdy ptaki i gady wytwarzają kwas moczowy, który jest wydalany z innymi odpadami przez ich kloaki .

Osiągnięcie osmoregulacji u kręgowców

Zachodzą cztery procesy:

  • filtracja – płynna porcja krwi (osocze) jest filtrowana ze struktury nefronu (funkcjonalnej jednostki nerki kręgowca) zwanej kłębuszkiem do torebki Bowmana lub torebki kłębuszkowej (w korze nerkowej) i spływa w dół proksymalnego kanalika krętego do „u- turn” zwany Pętlą Henlego (pętlą nefronu) w części rdzeniowej nerki.
  • reabsorpcja – większość lepkiego przesączu kłębuszkowego wraca do naczyń krwionośnych otaczających kręte kanaliki.
  • wydzielina – pozostały płyn staje się moczem , który spływa kanałami zbiorczymi do rdzenia nerki.
  • wydalanie – mocz (u ssaków) jest gromadzony w pęcherzu moczowym i odprowadzany przez cewkę moczową ; u innych kręgowców mocz miesza się z innymi odpadami w kloaki przed opuszczeniem ciała (żaby mają również pęcherz moczowy).

Zobacz też

Bibliografia

  • E. Solomon, L. Berg, D. Martin, Biologia 6. wydanie. Wydawnictwo Brooksa/Cole'a. 2002