23.7: Osmoregulation in Fishes
23.7: Osmoregulation bei Fischen
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.
Wenn Zellen einer hypotonen (salzarmen) Flüssigkeit ausgesetzt werden, können sie anschwellen und platzen. Währenddessen können Zellen in einer hypertonen Lösung mit einer höheren Salzkonzentration schrumpfen und absterben. Wie vermeiden Fischzellen also dieses schreckliche Schicksal in hypotoner Süßwasser -oder hypertoner Meerwasserumgebung?
Fische setzen osmoregulatorische Strategien ein, um den Körperwasserspiegel und die gelösten Ionen (d.h. gelöste Stoffe) wie Natrium und Chlorid im Gleichgewicht zu halten.
Stellen Sie sich zwei Lösungen vor, die durch eine wasserdurchlässige Membran getrennt sind. Obwohl Wasser die Membran in beiden Richtungen durchquert, fließt mehr Wasser (d.h. es gibt eine Netto-Wasserbewegung) in die Lösung mit einer höheren Konzentration an gelösten Stoffen. Dies ist der wesentliche Teil der Osmose.
Fische halten das osmotische Gleichgewicht durch Osmokonformität oder Osmoregulation aufrecht
Osmokonformer halten eine interne Konzentration gelöster Stoffe oder eine Osmolarität aufrecht, die gleich der ihrer Umgebung ist. So gedeihen sie in Umgebungen ohne häufige Schwankungen. Alle Osmokonformer sind Meerestiere, obwohl viele keine Osmokonformität aufweisen.
Die meisten Fische sind Osmoregulatoren. Osmoregulatoren erhalten die interne Osmolarität unabhängig von der Umwelt aufrecht, wodurch sie an sich verändernde Umgebungen angepasst und für die Migration ausgerüstet werden können.
Die Osmoregulierung erfordert Energie
Die Osmose sorgt dafür, dass sich Ionenkonzentrationen auszugleichen. Da Fische andere Ionenkonzentrationen als die der Umwelt benötigen, benötigen sie Energie, um einen Gradienten der gelösten Stoffe aufrechtzuerhalten, der ihr osmotisches Gleichgewicht optimiert.
Die für das osmotische Gleichgewicht erforderliche Energie hängt von mehreren Faktoren ab, einschließlich der Differenz zwischen internen und externen Ionenkonzentrationen. Wenn die Osmolaritätsunterschiede minimal sind, wird weniger Energie benötigt.
Alternative Osmose-Strategien
Die Körperflüssigkeiten der Meereshaie und der meisten anderen Knorpelfische enthalten TMAO. Dies ermöglicht ihnen, Harnstoff zu speichern und im Inneren die äußere Osmolarität zu übertreffen, so dass sie durch Osmose Wasser aufnehmen können.
Die meisten Tiere sind stenohalin und nicht in der Lage, große externe Osmolaritätsschwankungen auszuhalten. Euryhalin-Spezies, wie z.B. der Lachs, können ihren osmoregulatorischen Status jedoch verändern. Wenn Lachse aus dem Süßwasser in den Ozean wandern, machen sie physiologische Veränderungen durch, wie z.B. die Produktion von mehr Cortisol, um salzabsondernde Zellen wachsen zu lassen.
