Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Осморегуляция является активным регулированием осмотического давления в качестве организма «с жидкостями организма , обнаруженных осморецепторами , для поддержания гомеостаза организма в воде содержания; то есть, он поддерживает баланс жидкости и концентрацию из электролитов ( солей в растворе , который в данном случае представлен жидкости организма) , чтобы сохранить жидкости организма стать слишком разбавленной или концентрируют. Осмотическое давление - это мера тенденции воды переходить в один раствор из другого посредством осмоса.. [1] Чем выше осмотическое давление раствора, тем больше воды стремится в него попасть. Необходимо оказывать давление на гипертоническую сторону избирательно проницаемой мембраны, чтобы предотвратить диффузию воды за счет осмоса со стороны, содержащей чистую воду.

Хотя могут быть ежечасные и суточные колебания осмотического баланса, животное, как правило, находится в стабильном осмотическом состоянии в течение длительного времени. Организмы в водной и наземной среде должны поддерживать правильную концентрацию растворенных веществ и количество воды в жидкостях своего тела; это включает в себя экскрецию (избавление от отходов метаболического азота и других веществ, таких как гормоны, которые были бы токсичными, если бы позволили накапливаться в крови ) через такие органы, как кожа и почки .

Регуляторы и конформеры [ править ]

Движение воды и ионов у пресноводных рыб
Движение воды и ионов у морской рыбы

Два основных типа осморегуляции - это осмоконформаторы и осморегуляторы . Осмоконформеры активно или пассивно сопоставляют осмолярность своего тела с окружающей средой. Большинство морских беспозвоночных являются осмоконформерами, хотя их ионный состав может отличаться от состава морской воды. У строго осморегулирующих животных количество внутренней соли и воды остается относительно постоянным перед лицом изменений окружающей среды. Это требует, чтобы потребление и отток воды и солей были одинаковыми в течение длительного периода времени.

Организмы, которые поддерживают внутреннюю осмолярность, отличную от среды, в которую они погружены, были названы осморегуляторами. Они жестко регулируют осмолярность своего тела , поддерживая постоянные внутренние условия. Они чаще встречаются в животном мире. Осморегуляторы активно контролируют концентрацию соли, несмотря на концентрацию соли в окружающей среде. Пример - пресноводная рыба. Жабры активно поглощают соль из окружающей среды за счет использования богатых митохондриями клеток. Вода будет проникать в рыбу, поэтому она выделяет очень гипотоническую (разбавленную) мочу, чтобы удалить всю лишнюю воду. Морская рыбаимеет внутреннюю осмотическую концентрацию ниже, чем у окружающей морской воды, поэтому он имеет тенденцию терять воду и накапливать соль. Он активно выводит соль из жабр . Большинство рыб являются стеногалинными , что означает, что они ограничены либо соленой, либо пресной водой и не могут выжить в воде с концентрацией соли, отличной от той, к которой они приспособлены. Тем не менее, некоторые рыбы демонстрируют способность эффективно осморегулировать в широком диапазоне солености; рыбы с этой способностью известны как эвригалинные виды, например, камбала . Было замечено, что камбала обитает в двух разных средах - морской и пресной - и ей свойственно адаптироваться к обоим, внося поведенческие и физиологические изменения.

Некоторые морские рыбы, такие как акулы, используют другой эффективный механизм сохранения воды, то есть осморегуляцию. Они сохраняют в крови мочевину в относительно более высокой концентрации. Мочевина повреждает живые ткани, поэтому, чтобы справиться с этой проблемой, некоторые рыбы сохраняют оксид триметиламина . Это лучшее решение проблемы токсичности мочевины. Акулы, имеющие немного более высокую концентрацию растворенных веществ (т.е. более 1000 мОсм, что является концентрацией растворенных веществ в море), не пьют воду, как пресноводные рыбы.

В растениях [ править ]

Хотя у высших растений нет особых органов осморегуляции , устьица важны для регулирования потери воды посредством эвапотранспирации , а на клеточном уровне вакуоль имеет решающее значение в регулировании концентрации растворенных веществ в цитоплазме . Сильный ветер , низкая влажность и высокие температуры увеличивают эвапотранспирацию листьев. Абсцизовая кислота является важным гормоном, помогающим растениям экономить воду: она вызывает закрытие устьиц и стимулирует рост корней, так что больше воды может впитаться.

Растения разделяют с животными проблемы получения воды, но, в отличие от животных, потеря воды в растениях имеет решающее значение для создания движущей силы для перемещения питательных веществ из почвы в ткани. Некоторые растения разработали методы сохранения воды.

Ксерофиты - это растения, которые могут выжить в засушливых местах обитания, таких как пустыни, и способны выдерживать длительные периоды нехватки воды. Сочные растения, такие как кактусы, накапливают воду в вакуолях больших тканей паренхимы . У других растений есть модификации листьев, чтобы уменьшить потерю воды, такие как листья игольчатой ​​формы, впалые устьица и толстые восковые кутикулы, как у сосны . Песчаная трава бархана имеет прокатку листа с устьицами на внутреннюю поверхности.

Гидрофиты - это растения в водной среде обитания. В основном они растут в воде или во влажных или сырых местах. У этих растений водопоглощение происходит через всю поверхность растения, например у кувшинки .

Галофиты - это растения, обитающие в заболоченных районах (недалеко от моря). Они должны поглощать воду из почвы с более высокой концентрацией солей и, следовательно, с более низким водным потенциалом (более высоким осмотическим давлением). Галофиты справляются с этой ситуацией, активируя соли в своих корнях. Как следствие, клетки корней развивают более низкий водный потенциал, который вводит воду путем осмоса. Избыток соли может накапливаться в клетках или выводиться из солевых желез на листьях. Соль, выделяемая таким образом некоторыми видами, помогает им улавливать водяные пары из воздуха, которые поглощаются жидкостью клетками листьев. Следовательно, это еще один способ получения дополнительной воды из воздуха, например, стеклобоя и пуповины .

Мезофиты - это растения, обитающие на землях умеренного пояса, произрастающие на хорошо увлажненной почве. Они могут легко компенсировать потерю воды при транспирации за счет поглощения воды из почвы. Чтобы предотвратить чрезмерное испарение, они разработали водонепроницаемое внешнее покрытие, называемое кутикулой.

У животных [ править ]

Люди [ править ]

Почки играют очень большую роль в осморегуляции человека, регулируя количество воды, реабсорбированной из клубочкового фильтрата в почечных канальцах, что контролируется такими гормонами , как антидиуретический гормон (АДГ), альдостерон и ангиотензин II . Например, снижение водного потенциала обнаруживается осморецепторами в гипоталамусе , что стимулирует высвобождение АДГ из гипофиза, увеличивая проницаемость стенок собирательных протоков.в почках. Таким образом, большая часть воды поглощается из жидкости в почках , чтобы предотвратить слишком много воды из того организма . [ необходима цитата ]

Морские млекопитающие [ править ]

Питье не является обычным явлением для ластоногих и китообразных . Водный баланс у морских млекопитающих поддерживается метаболической и диетической водой, в то время как случайное попадание внутрь и пища соли могут помочь поддерживать гомеостаз электролитов. Почки ластоногих и китообразных лопастные в структуре, в отличии от непредставленных медведей среди наземных млекопитающих, но эта адаптация конкретной не дает никакой больше концентрационной способности. В отличие от большинства других водных млекопитающих, ламантины часто пьют пресную воду, а каланы - соленую. [2]

Teleosts [ править ]

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

Необычно то, что сомы семейства Plotosidae имеют внжаберный дендритный орган, секретирующий соль. Дендритный орган, вероятно, является продуктом конвергентной эволюции с другими секретирующими соль органами позвоночных. Роль этого органа была обнаружена по его высокой активности NKA и NKCC в ответ на увеличение солености. Однако дендритный орган Plotosidae может иметь ограниченное использование в условиях экстремальной солености по сравнению с более типичной ионорегуляцией на основе жабр. [3]

У протистов [ править ]

Протист Paramecium aurelia с сократительными вакуолями.

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

У бактерий [ править ]

Бактерии реагируют на осмотический стресс быстрым накоплением электролитов или небольших органических растворенных веществ с помощью переносчиков, деятельность которых стимулируется увеличением осмолярности. Бактерии также могут включать гены, кодирующие переносчики осмолитов и ферменты, которые синтезируют осмопротекторы. [4] EnvZ / OmpR двухкомпонентной системы , которая регулирует экспрессию пориных , хорошо характеризуются в модели организм кишечной палочке . [5]

Выделительные системы позвоночных [ править ]

Отходы азотистого обмена [ править ]

Аммиак является токсичным побочным продуктом метаболизма белков и обычно превращается в менее токсичные вещества после того, как он вырабатывается и выводится из организма; млекопитающие превращают аммиак в мочевину, тогда как птицы и рептилии образуют мочевую кислоту, которая выводится с другими отходами через их клоаки .

Достижение осморегуляции у позвоночных [ править ]

Происходит четыре процесса:

  • фильтрация - жидкая часть крови (плазма) фильтруется из структуры нефрона (функциональная единица почек позвоночных), известной как клубочки, в капсулу Боумена или клубочковую капсулу (в коре почек) и стекает по проксимальному извитому канальцу к «u- В свою очередь, " петля Генле" (петля нефрона) в мозговом веществе почки.
  • реабсорбция - большая часть вязкого клубочкового фильтрата возвращается в кровеносные сосуды, окружающие извитые канальцы.
  • секреция - оставшаяся жидкость превращается в мочу , которая спускается по собирательным каналам к мозговому веществу почки.
  • экскреция - моча (у млекопитающих) накапливается 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 [ править ]

  • Эвригалина
  • Галотолерантность
  • Осмоконформер
  • Осмотическая концентрация
  • Соляная железа
  • Стенохалин
  • Гидратация тканей

Ссылки [ править ]

  1. ^ «Диффузия и осмос» . hyperphysics.phy-astr.gsu.edu . Проверено 20 июня 2019 .
  2. ^ Ортис, Руди М. (2001-06-01). «Осморегуляция у морских млекопитающих» . Журнал экспериментальной биологии . 204 (11): 1831–1844. ISSN 0022-0949 . PMID 11441026 .  
  3. ^ Malakpour Kolbadinezhad, Салман; Коимбра, Жуан; Уилсон, Джонатан М. (2018-07-03). «Осморегуляция у сома Plotosidae: роль дендритного органа, секретирующего соль» . Границы физиологии . 9 : 761. DOI : 10,3389 / fphys.2018.00761 . ISSN 1664-042X . PMC 6037869 . PMID 30018560 .   
  4. ^ Вуд, Джанет М. (2011). «Бактериальная осморегуляция: парадигма для изучения клеточного гомеостаза» . Ежегодный обзор микробиологии . 65 (1): 215–238. DOI : 10.1146 / annurev-micro-090110-102815 . ISSN 0066-4227 . PMID 21663439 .  
  5. ^ Cai, SJ; Иноуе, М. (5 июля 2002 г.). «Взаимодействие EnvZ-OmpR и осморегуляция у Escherichia coli» . Журнал биологической химии . 277 (27): 24155–61. DOI : 10,1074 / jbc.m110715200 . PMID 11973328 . 
  • Э. Соломон, Л. Берг, Д. Мартин, Биология 6-е издание. Брукс / Коул Паблишинг. 2002 г.