واحدة من العمليات البيولوجية الأساسية في الكائنات الحية ، وقبل كل شيء ، بالنسبة لأولئك الذين يعيشون في النظم الإيكولوجية المائية هي التنظيمالمعروف أيضا باسم التوازن الاسموزي.
تحدث جميع التفاعلات الأيضية الضرورية للحياة في وسط مائي أو سائل. من أجل التشغيل الصحيح لهذه التفاعلات ، من الضروري أن تكون تركيزات الماء و المذاب (كل تلك المركبات العضوية منخفضة الوزن الجزيئي التي تساعد في الحفاظ على التوازن الاسموزي) تتأرجح ضمن هوامش ضيقة نسبيًا ، في عملية تسمى التنظيم.
يمكننا تحديد التنظيم باعتبارها الطريقة التي تحافظ على التوازن من وظائف الجسم، وهي ليست إلا قدرة الكائنات الحية على الحفاظ على حالتها الداخلية مستقرة اعتمادًا على التغيرات التي قد تحدث خارجها من خلال تبادل المادة والطاقة معها.
كل هذا يعتمد بشكل حاسم على الحركة المتحكمة للمواد المذابة الموجودة في السوائل الداخلية وتلك الموجودة في البيئة. وهذا يقودنا إلى التنظيم في حركة الماء تلعب دورا أساسيا.
يتم تنفيذ هذا التنظيم لحركة المياه التنافذ، وهي ظاهرة فيزيائية تعتمد على حركة سائل المذيب عبر غشاء شبه منفذ. تنشأ هذه الظاهرة بفضل إذاعة والتي لا تتطلب إنفاق الطاقة وهي ضرورية لعملية التمثيل الغذائي الخلوي الصحيح للكائنات الحية.
باختصار ، فإن التنظيم يساعد على ضمان تركيزات المذاب تميل الكائنات الحية الموجودة داخل الكائنات الحية (على سبيل المثال، في الخلايا) والبيئة المحيطة بها إلى تحقيق التوازن بين بعضها البعض من خلال التدفق عبر الأغشية شبه نفاذة. هذا الظرف يسمح بتنظيم الضغط الاسموزي (الضغط المبذول من أجل إيقاف تدفق المذيب الذي يخترق الغشاء).
التوازن الاسموزي في الحيوانات
في معظم الحيوانات ، السوائل التي تزود الخلايا هي متساوي مقارنة بالسوائل التي تتواجد داخل الخلايا. هذا يعني أن السوائل داخل الخلايا وخارجها لها ضغط اسموزي مماثلوهذا يمنع الخلية من الانتفاخ بشكل مفرط، كما يحدث في محلول ناقص التوتر، أو التجعد ، شيء ما يحدث في محاليل مفرطة التوتر.
لتتمكن من الاحتفاظ بهذه السوائل متساوي على جانبي الغشاء البلازمي، تستخدم العديد من الخلايا نقل الأيونات النشطة (على سبيل المثال ضخ Na+ للخارج) والذي يتطلب إنفاق الطاقة، واستكمال العمليات السلبية.
ترى الخلايا الحيوانية في أ محلول متساوي التناضح وسط مناسب لوظائفه ونموه السليم. أما في النباتات، فالأمر مختلف: فالخلايا النباتية الموجودة في محلول متساوي التناضح قد يعاني من تساقط الشعر تورغور، لأن جدار الخلية يحتفظ بالمواد المذابة ويعتمد على الضغط الداخلي العالي.
العبور السلبي والنشط للماء والأيونات
El النقل السلبي لا يتضمن استهلاك الطاقة: الأيونات تنتشر من الوسط من التركيز الأعلى إلى التركيز الأقل، وعن طريق التناضح، ماء يتحرك في الاتجاه المعاكس. يمكن أن يتأثر معدل الانتشار الأيوني بـ درجة الحرارةفي حين تعتمد التناضحية على تدرج المذاب.
El النقل النشط يتطلب طاقة أيضية. يتم استخدامه لـ إزالة الأيونات الزائدة (النفايات الأيضية) أو ل امتصاص المواد الضرورية التي تتعارض مع التدرج. في الأسماك، يحدث هذا النقل بشكل رئيسي في الخلايا الظهارية الخيشومية، وفي الأمعاء وفي كلوي.
الهرمونات والتحكم الغدد الصماء في التنظيم الأسموزي
يتم تعديل التنظيم الاسموزي بواسطة الهرموناتفي الأسماك البحرية، الكورتيزول يعمل على تعزيز إفراز الأملاح في الخياشيم؛ وفي الأسماك التي تعيش في المياه العذبة، البرولاكتين يعزز امتصاص الأيونات والاحتفاظ بالماء. الكالسيتونين يؤثر على إدارة الكالسيوم و نفاذية من الأغشية. بالإضافة إلى ذلك، المحور هرمون النمو/عامل النمو الشبيه بالأنسولين-1 (هرمون النمو/عامل الأنسولين) يسهل التأقلم مع البيئات المالحة، وتستخدم الأسماك العظمية مستقبلات القشرانيات المعدنية مع الكورتيزول كربيطة وظيفية لتنظيم النقل الأيوني.
التنظيم الأسموزي في الحيوانات المائية
لقد تكيفت الحيوانات المائية مع مجموعة واسعة من الموائل، من المياه العذبة (مع عدد قليل جدًا المذاب) إلى المياه شديدة الملوحة (مع وفرة المذاب). وهذا يضعهم في ورطة التوازن الاسموزي مختلفة جدًا. بالإضافة إلى ذلك، تعمل كل الأنواع ضمن نطاق الضغط الأسمولي المحيط تحدد.
- الثقوب: الكائنات الحية التي تتحمل نطاقًا ضيقًا من الملوحة للبيئة، سواء في المياه العذبة أو المالحة.
- يوريهالينوس: الكائنات الحية التي تتحمل مجموعة واسعة من الملوحة، القدرة على العيش والتنقل بين المياه العذبة والمالحة والبحرية، على سبيل المثال بعضها يهاجر بين الأنهار والبحار.
هناك طريقتان رئيسيتان لتحقيق ذلك: التنظيم:
El التناضح يشير إلى الحيوانات الموجودة في التوازن الاسموزي مع البيئة التي يعيشون فيها، أي أن سوائل أجسامهم تكاد تكون متساوي فيما يتعلق بالبيئة. وعادة ما تكون الكائنات البحرية، وخاصة العديد من اللافقاريات وبعض الفقاريات الغضروفية التي تتراكم اليوريا وغيرها من المواد الأسموزيه لمعادلة الضغط الأسموزي المحيط.
الحيوانات منظمات التناضح الحفاظ على تركيزها الداخلي بشكل مختلف عن تركيز الوسط، وضبطه بشكل نشط توازن الماء والأيونات. تختلف تكلفة الطاقة وفقًا نفاذية من سطح الجسم. إذا كان الأسمولية كمية سوائل الجسم أكبر من كمية سوائل البيئة، الحيوان مفرط التناضح؛ إذا كان أقل فهو نقص التناضح.
التأقلم وتغير الملوحة
الانواع يوريهالين (على سبيل المثال، بعض الأنواع التي تهاجر بين الأنهار والبحار) تواجه تحديات إضافية. يتطلب تأقلمها تغيرات تدريجية في التعبير عن الناقلات الأيونية في الخياشيم والأمعاء، تعديلات في وظيفة الكلى وواحدة جميلة تنظيم الهرمونات (الكورتيزول، البرولاكتين، هرمون النمو/عامل النمو الشبيه بالأنسولين-1). تتطلب هذه التغييرات مرة والطاقة؛ وبالتالي، فإن التغيرات المفاجئة في الملوحة يمكن أن تولد الإجهاد الاسموزي.
التنظيم في أسماك المياه العذبة
في الأسماك في المياه العذبة، تركيز الأيونات الجسم أكبر من الموجود في الماء. وهذا يسبب انتشار الماء إلى الداخل الأسماك عبر ظهارة الخياشيم والجلد. وإذا لم يُنظَّم هذا التدفق، فقد يُؤدِّي إلى تضخم الأنسجة وإعاقة الوظائف الحيوية.
وللتعويض، تقوم كلية هذه الأسماك بتوليد كميات كبيرة من البول مخفف للغاية (ترشيح كبيبي عالي)، مما يسمح بطرد فائض من الماء. وبما أن تركيز الملح لديهم يتجاوز تركيز البيئة، فإن الأسماك تفقد الشوارد عن طريق الانتشار، لذلك يجب عليهم إعادة امتصاص الأملاح من خلال الخلايا المتخصصة في خياشيم والحصول عليها من خلال تغذية.
في الظهارة الخيشومية، يكون التبادل الأيوني مرتبطًا بالتبادل الأيوني نفسه. الأيض. يتم تحويل ثاني أكسيد الكربون إلى ثاني كربونات ويتم تبادلها مع الأيونات كلوريدبينما ال الأمونيوم (من عملية هدم البروتين) يمكن طرده عن طريق تبادله مع صوديوم. وهكذا ، فإن إخراج الفضلات يقترن مع صيانة التوازن الأيوني.
El pH من ظروف المياه هذه التبادلات: في بيئات أكثر حامض، امتصاص الصوديوم صعب، وقد يتراكم الصوديوم في الدم ويسبب الوذمات أو الاستسقاء في الأنواع الحساسة. حافظ على درجة الحموضة مستقرة وفي نطاق الأنواع، من الضروري تجنب الاضطرابات الأسموزي.
في أحواض السمك، من الشائع إضافة كميات صغيرة من ملح غير مكلور في منشآت المياه العذبة التي تم تدويرها مؤخرًا عندما لم يكن الاستقرار البيولوجي موجودًا بعد. وجود بعض الأيونات في الماء يسهل التبادل في الخياشيم ويساعد على التحكم في الأمونيا خلال مرحلة نضج النظام. ينبغي أن يتم ذلك مع معيار وبحسب الأنواع، حيث أن بعضها حساس لزيادة التوصيل.
التنظيم في أسماك المياه المالحة
في الأسماك البحرية، البيئة الخارجية هي مفرط التناضح فيما يتعلق بسوائلها الداخلية. لذلك، يميل الماء إلى ترك الجسم عن طريق التناضح و الأيونات من البحر يدخل عن طريق الانتشار من خلال خياشيمالخطر الرئيسي هو جفاف إذا لم يتم تصحيحها بشكل فعال.
لتجنب الجفاف، يجب تناول الأسماك البحرية يشربون ماء البحر وتمتص الماء في الأمعاء بعد ترسيب وفصل جزء من الأملاح. الفائض من كلوريد الصوديوم يتم التخلص منه في الخياشيم بواسطة خلايا الكلوريد (الغنية بالميتوكوندريا) التي تفرز الكلور من خلال قنوات محددة وطرد صوديوم عن طريق الطرق الخلوية. يتم إفراز بعض الباقي عن طريق تفل y بول.
على عكس الأسماك في المياه العذبة، تنتج العديد من الأسماك البحرية القليل من البول مع تركيز إشارة مرتفع. ويرتبط هذا بانخفاض وجود الكبيبات في الكلى؛ بعض الأنواع، مثل فرس البحر، تطوير الكلى الكبيبة. للتعافي ماء والحد من الخسائر، لديهم منذ فترة طويلة الأنابيب الكلوية وآليات إعادة الامتصاص الفعالة.
في الأسماك الغضروفية البحرية (غير الشائعة في أحواض السمك المنزلية)، تكون الإستراتيجية مختلفة: فهي المتوافقات التناضحية التي تتراكم اليوريا وغيرها من المحاليل الاسموزية لمعادلة ضغطها الاسموزي مع ضغط البحر، وطرد الأملاح الزائدة عبر غدد متخصصة. يوضح هذا الذكر تنوع الحلول التطورية لنفس المشكلة الأسموزي.
El إجهاد يغير التنظيم الاسموزي: تغييرات مفاجئة في الملوحة، سوء نوعية المياه أو الإدارة غير الكافية تؤدي إلى زعزعة استقرار الهرمونات والناقلات الأيونية. على الرغم من أن الكورتيزول يسهل التأقلم مع المياه المالحة، والإجهاد المزمن يعرضها للخطر. الحاجز الظهاري وتوازن المياه، مما يزيد من قابلية الإصابة مسببات الأمراض.
التأثيرات في تربية الأحياء المائية
في إنتاج تربية الأحياء المائية، تعتبر ملوحة المياه عاملاً حرج للنمو. يتضمن التنظيم الاسموزي نفقات الطاقة الذي إذا كان مرتفعًا، فإنه يأخذ الموارد من crecimiento تحويل التغذية بالفعل. اضبط نطاق الملوحة الأمثل حسب النوع والمرحلة، إلى جانب درجة الحرارة y فترة ضوئيةيزيد الإنتاجية والرفاهية. في الأسماك العظمية البحرية، يُجبرها التعرض لبيئة مفرطة التناضح على تكثيف إخراج الأملاح ويزيد من التكلفة الأيضية؛ لذلك، يعمل مزارعو الأحياء المائية على تعديل الملوحة لتحسين أداء y supervivencia.
قد يبدو التوازن الأسموزي معقدًا، لكنه في الواقع أساسي مدى الحياة. فهمه يساعد على تفسير سلوك واحتياجات الأسماك، سواءً في الطبيعة أو في الحوض. والمفتاح هو احترام النطاقات البيئية من كل نوع، تجنب التغييرات مفاجئ وضمان جودة المياه بما يدعم آليات حمايتها التنظيم بدون تكاليف الطاقة غير الضرورية.
