삼투조절과 배설이란 무엇인가?

유기체는 생명 기능을 지원하기 위해 특정한 용질 농도를 유지하면서 체액을 일정한 온도와 pH로 유지해야 합니다. 삼투조절은 용질과 물의 균형을 맞추는 과정입니다.

삼투(osmosis)는 물이 이온 농도가 낮은 용액에서 이온 농도가 높은 용액으로 이동하는 현상입니다. 삼투는 반투과성 막으로 분리된 용액의 분자 농도의 차이에 반응하여 발생합니다.

이러한 막으로 분리된 체액은 물, 비전해질, 전해질을 함유하고 있으며, 물에 용해되어 이온으로 분해됩니다. 전해질과 비전해질 모두 삼투 균형에 영향을 미칩니다. 하지만 삼투에 더 중요한 요인은 용질 크기보다는 용질의 수이기 때문에, 전해질의 기여도가 더 큽니다.

물과 달리 전해질은 막을 통해 수동적으로 확산할 수 없고, 대신 촉진확산(facilitated diffusion)과 능동수송(active transport)에 의존합니다. 촉진확산에서 단백질 기반 채널은 용질을 세포막을 가로질러 이동시킵니다. 반대로 능동수송은 에너지를 사용해 이온을 농도 구배(concentration gradient)와 반대 방향으로 이동시키는 데 사용됩니다.

동물이 음식을 섭취하면 사용할 수 없는 물질은 몸에서 배출됩니다. 자연에서 배설 시스템은 에너지 절약과 물 절약 간의 절충을 보여줍니다.

질소는 체내에서 가장 중요한 종류의 노폐물 중 하나입니다. 과도한 질소는 암모니아를 형성하며, 암모니아는 유독하므로 배설해야 합니다. 어떤 동물은 암모니아를 직접 배설합니다. 다른 동물들은 암모니아를 독성이 덜한 요소(urea)나 요산(uric acid)으로 변환합니다. 암모니아 변환은 직접적인 배설보다 더 많은 에너지가 필요하지만, 동시에 더 많은 물을 절약합니다.

수송 상피층(transport epithelia)은 삼투조절과 배설물을 중재합니다. 이 전문화된 세포들은 용질을 이동시키고 동물계의 배설기관에서 발견됩니다 (예: 척추동물의 콩팥, 곤충의 말피기관)

배설기관은 일반적으로 큰 표면적을 가진 관 모양의 네트워크로 조직되어 있으며, 수송 상피는 물의 균형을 맞추고 노폐물을 제거하는 데 모두 도움이 됩니다. 예를 들어 어떤 바닷새들은 코에 있는 분비샘을 통해 혈액에서 염분을 제거하고 콧구멍으로 염분을 배출합니다 (따라서 바닷물을 섭취 할 수 있습니다).