23.5: 魚類の浸透調節

低張（塩分濃度の低い）液に細胞を入れると、細胞は膨らんで破裂します。一方、塩分濃度の高い高張液に細胞を入れると、細胞は萎縮して死んでしまいます。魚の細胞は、低張の淡水や高張の海水の環境下で、どのようにしてこのような悲惨な運命を回避しているのでしょうか。

魚は、体内の水とナトリウムや塩化物などの溶質イオンのバランスをとるために、浸透調節戦略を採用しています。

水を透過する膜で隔てられた2つの溶液を想像してほしいです。水は膜を両方向に通過しますが、溶質濃度の高い溶液に多くの水が流れ込む（正味の水の移動）ことが浸透の本質です。

魚は浸透順応や浸透調節で浸透圧平衡を保ちます

浸透順応型は、内部の溶質濃度を周囲の溶質濃度と同等に保つため、変動の少ない環境で活躍します。浸透順応型はすべて海洋動物ですが、多くの海洋動物は浸透順応型ではないです。

魚類の多くは、浸透調節型です。浸透調節型は、環境に依存せずに内部の浸透圧を維持するため、変化する環境に適応し、移動するための設備を備えています<

浸透調節にはエネルギーが必要

浸透圧はイオン濃度を均一にする性質があります。魚は環境とは異なるイオン濃度を必要とするため、浸透圧バランスを最適化する溶質勾配を維持するためのエネルギーが必要となります。

浸透圧平衡に必要なエネルギーは、内外のイオン濃度差などの複数の要因によって異なります。浸透圧の差が小さい場合、必要なエネルギーは少なくて済みます。

別の浸透圧ストラテジー

サメをはじめとする軟骨魚類の体液にはTMAOが含まれており、これにより尿素を蓄えて内部で外部の浸透圧を上回ることができ、浸透圧によって水を吸収できます。

ほとんどの動物は、外部からの大きな浸透圧の変動に耐えられない狭塩性です。サケのような広塩性の動物は、浸透圧の状態を変化させることができます。サケは淡水から海に移動する際に、塩分を分泌する細胞を育てるためにコルチゾールを多く分泌するなどの生理的変化を起こします。

ほとんどの魚は 塩水または淡水に生息していますが，両方で生存することはできません。これら2つの環境の魚は，体液中の水と イオンのレベルのバランスをとる 様々な方法をとっているからです。水が多すぎると，細胞は膨張し，破裂してしまいます。水が少ないと，細胞は枯れ，死んでしまいます。イオンは重要な生命機能を補助するために 必要で，バランスをとる必要があります。魚は濃度勾配によって 浸透圧バランス、つまり水とイオンレベルの 調節を行います。溶質またはイオンなどの 溶解物質の濃度は 周囲の水とは異なり、水は体に入ったり出たりします。膜を通過するこの受動的な拡散は 浸透の一例です。魚は浸透順応型動物と浸透調節型動物に分けられます。サメなどの浸透順応型動物は，周囲の水と同等またはそれ以上の 内部浸透圧を維持します。したがって、通常は水を失いません。ただし、外部の水とは異なる 溶質の濃度を維持する 必要があります。ほとんどの魚は浸透調節型動物で，外部環境とは無関係に内部の浸透圧を 維持しています。高い外部浸透圧は体から水を排出するため、ほとんどの海産魚は 浸透により水を失います。したがって，こうした浸透調節型動物は，大量の海水を取り込み，濃縮尿中に過剰なイオンを排出します。淡水魚は、淡水よりも 高いイオン濃度が必要なため、別の問題が生じます。淡水の浸透調節型動物は浸透により水を吸収するため，過剰な水を排出してイオンを補充する必要があります。したがって，こうした魚は水を少量取り込み，希薄な尿を排泄し、積極的にイオンを取り入れます。サケのような一部の魚は，浸透圧調節状態を変えることができます。サケは淡水からのイオンの 能動輸送や濃縮尿の排泄など，淡水から海洋に移動した際に 生理学的変化を受けます。