23.7: Osmoregulation in Fishes
23.7: Osmoregulatie in vissen
When cells are placed in a hypotonic (low-salt) fluid, they can swell and burst. Meanwhile, cells in a hypertonic solution—with a higher salt concentration—can shrivel and die. How do fish cells avoid these gruesome fates in hypotonic freshwater or hypertonic seawater environments?
Fish employ osmoregulatory strategies to balance bodily levels of water and dissolved ions (i.e., solutes), such as sodium and chloride.
Imagine two solutions separated by a membrane that is permeable to water. Although water crosses the membrane in both directions, more water flows (i.e., there is net water movement) into the solution with a higher solute concentration; this is the essential part of osmosis.
Fish Maintain Osmotic Balance by Osmoconforming or Osmoregulating
Osmoconformers maintain an internal solute concentration—or osmolarity—equal to that of their surroundings, and so they thrive in environments without frequent fluctuations. All osmoconformers are marine animals, although many marine animals are not osmoconformers.
Most fish are osmoregulators. Osmoregulators maintain internal osmolarity independent of the environment, making them adaptable to changing environments and equipped for migration.
Osmoregulation Requires Energy
Osmosis tends to equalize ion concentrations. Since fish require ion levels different from environmental concentrations, they need energy to maintain a solute gradient that optimizes their osmotic balance.
The energy required for osmotic balance depends on multiple factors, including the difference between internal and external ion concentrations. When osmolarity differences are minimal, less energy is required.
Alternative Osmotic Strategies
The bodily fluids of marine sharks and most other cartilaginous fish contain TMAO; this enables them to store urea and internally surpass the external osmolarity, allowing them to absorb water through osmosis.
Most animals are stenohaline—unable to tolerate large external osmolarity fluctuations. Euryhaline species, like salmon, can change osmoregulatory status. When salmon migrate from freshwater to the ocean, they undergo physiological changes, such as producing more cortisol to grow salt-secreting cells.
Wanneer cellen in een hypotone (zoutarme) vloeistof worden geplaatst, kunnen ze opzwellen en barsten. Ondertussen kunnen cellen in een hypertone oplossing - met een hogere zoutconcentratie - verschrompelen en afsterven. Hoe vermijden viscellen dit gruwelijke lot in hypotone zoetwater- of hypertone zeewateromgevingen?
Vissen passen osmoregulerende strategieën toe om de waterniveaus in het lichaam en de opgeloste ionen (dwz opgeloste stoffen), zoals natrium en chloride, in evenwicht te brengen.
Stel je twee oplossingen voor, gescheiden door een membraan dat doorlaatbaar is voor water. Hoewel water het membraan in beide richtingen passeert, stroomt er meer water (dwz er is netto waterbeweging) in de oplossing met een hogere concentratie opgeloste stof; dit is het essentiële onderdeel van osmose.
Vissen handhaven osmotisch evenwicht door osmoconforming of osmoregulatie
Osmoconformers behouden een interne concentratie van opgeloste stoffen - of osmolariteit - die gelijk is aan die van hun omgeving, en dus gedijen ze in omgevingen zonder frequente fluctuaties. Alleosmoconformers zijn zeedieren, hoewel veel zeedieren geen osmoconformers zijn.
De meeste vissen zijn osmoregulatoren. Osmoregulatoren behouden de interne osmolariteit onafhankelijk van de omgeving, waardoor ze kunnen worden aangepast aan veranderende omgevingen en zijn uitgerust voor migratie.
Osmoregulatie vereist energie
Osmose heeft de neiging ionconcentraties gelijk te maken. Omdat vissen ioneniveaus nodig hebben die verschillen van omgevingsconcentraties, hebben ze energie nodig om een opgeloste gradiënt te behouden die hun osmotische balans optimaliseert.
De energie die nodig is voor osmotische balans hangt af van meerdere factoren, waaronder het verschil tussen interne en externe ionenconcentraties. Als de osmolariteitsverschillen minimaal zijn, is er minder energie nodig.
Alternatieve osmotische strategieën
De lichaamsvloeistoffen van zeehaaien en de meeste andere kraakbeenachtige vissen bevatten TMAO; hierdoor kunnen ze ureum opslaan en intern de externe osmolariteit overtreffen, waardoor ze water kunnen opnemenosmose.
De meeste dieren zijn stenohaline - ze kunnen geen grote externe osmolariteitsschommelingen verdragen. Euryhalinesoorten, zoals zalm, kunnen de osmoregulerende status veranderen. Wanneer zalmen van zoet water naar de oceaan migreren, ondergaan ze fysiologische veranderingen, zoals het produceren van meer cortisol om zoutafscheidende cellen te laten groeien.
