Back to chapter

23.5:

בקרה אוסמוטית בדגים

JoVE Core
Biology
A subscription to JoVE is required to view this content.  Sign in or start your free trial.
JoVE Core Biology
Osmoregulation in Fishes

Languages

Share

רוב הדגים חיים או במים מלוחים או במים מתוקים, אך לא יכולים לשרוד בשניהם. הסיבה לכך היא שדגים בשתי הסביבות האלה פיתחו דרכים שונות לאיזון רמות המים והיונים בנוזלי גופם. כמות גדולה מדי של מים תגרום לתאים להתנפח ולהתפוצץ.ללא כמות מספקת של מים התאים נובלים ומתים. יונים נדרשים לתמיכה בתפקודי חיים חיוניים ויש לאזן אותם באופן זהיר. דגים שומרים על מאזן אוסמוטי, ויסות רמות מים ורמות יונים, באמצעות מפלי ריכוזים.כאשר ריכוז המומסים, או חומרים מומסים כמו יונים, במים הסובבים שונה מריכוזם בנוזלי הגוף, המים נכנסים אל הגוף או יוצאים ממנו. דיפוזיה פסיבית זו דרך קרום התא, היא דוגמה לאוסמוזה. דגים הם או אוסמוקונפורמרים או אוסמורגולטורים.דגים אוסמוקפורמרים כגון כרישים, שומרים על אוסמולריות פנימית השווה לזו, או אפילו גבוהה יותר מזו של המים הסובבים אותם. לפיכך, הם בדרך כלל לא מאבדים מים. עם זאת, עליהם לשמור על ריכוזים של מומסים ספציפיים השונים מאלו שבמים החיצוניים.מרבית הדגים הם אוסמורגולטורים ושומרים על אוסמולריות פנימית ללא תלות בסביבה החיצונית. מרבית הדגים הימיים מאבדים מים בשל אוסמוזה מכיוון שהאוסמולריות החיצונית הגבוהה דוחקת מים מגופם. אוסמורגולטורים אלו, אם כך, שותים הרבה מי ים ומפרישים עודפי יונים דרך הזימים שלהם ובשתן מרוכז.דגי מים מתוקים ניצבים בפני אתגר שונה, מכיוון שתאיהם דורשים ריכוזי יונים גבוהים יותר מאלו הנמצאים במים מתוקים. אוסמורגלוטורים במים מתוקים סופגים מים על ידי אוסמוזה, ולכן עליהם לסלק עודפי מים ולחדש מלאי יונים. לפיכך, הם שותים מעט מים, מפרישים שתן מדולל וסופגים יונים באופן פעיל.מיני דגים מעטים, כמו דגי סלמון, יכולים לשנות את המצב האוסמורגולטורי. דגי סלמון עוברים שינויים פיזיולוגיים כשהם נודדים ממים מתוקים אל האוקיינוס, לרבות הובלה פעילה של יונים מחוץ לזימים והפרשת שתן מרוכז.

23.5:

בקרה אוסמוטית בדגים

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.

Suggested Reading

Evans, David H. “Teleost Fish Osmoregulation: What Have We Learned since August Krogh, Homer Smith, and Ancel Keys.” American Journal of Physiology-Regulatory, Integrative and Comparative Physiology 295, no. 2 (August 2008): R704–13. [Source]

Kültz, Dietmar. “Physiological Mechanisms Used by Fish to Cope with Salinity Stress.” Journal of Experimental Biology 218, no. 12 (June 1, 2015): 1907–14. [Source]