Osmoregulacja w pigułce

Pojęcie osmozy


Żeby zrozumieć, czym jest osmoregulacja, musimy najpierw dowiedzieć się, jak działa osmoza. Będzie wiele nowych wyrazów, których użycie jest niezbędne do wyjaśnienia wielu spraw, ale spróbujemy każdy rozebrać na części pierwsze i wytłumaczyć krok po kroku.

Wyobraźmy sobie, że mamy słoik z czystą wodą. Zamoczmy w nim pędzel i potrzyjmy go o suchą farbkę. Następnie sam czubek pędzla zetknijmy z wodą w kubku. Zobaczymy, jak barwnik będzie się rozchodził po całej szklance do tego momentu, aż rozprowadzi się równomiernie w całym naczyniu.

To zjawisko nazywamy dyfuzją. Teraz przechodzimy do kolejnego eksperymentu. Do naczynia z czystą wodą wkładamy rurkę, w której znajduje się woda z farbą. Owa rurka jest pokryta błoną przepuszczającą wyłącznie cząsteczki wody. Farba zostaje wewnątrz rurki. Z biegiem czasu poziom wody w rurce będzie wyższy niż poziom czystej wody poza nią.

Wynika to z faktu, że woda z naczynia będzie „próbowała rozcieńczyć” farbę w rurce do tego stopnia, że stężenia w rurce i naczyniu będą takie same. Jedyne, co ją powstrzyma, to za wysokie ciśnienie, które powstanie w rurce w miarę podnoszenia się słupa wody. Ilość wypartej wody w rurce ponad powierzchnię czystej wody jest równe ciśnieniu osmotycznemu.

Różnica stężeń substancji

Jeżeli komórka będzie miała w swoim wnętrzu większe stężenie substancji, niż w otaczającym ją środowisku, wówczas będzie hipertoniczna wobec środowiska, w którym się znajduje. Dążąc do wyrównania stężenia, zacznie nabrzmiewać wodą, żeby wyrównać te stężenia.

Jeżeli komórka ma w swoim wnętrzu mniejsze stężenie substancji, niż w otaczającym ją środowisku, mówimy wówczas, że jest wobec niego hipotoniczna. Dążąc do wyrównania stężenia zacznie oddawać wodę kurcząc się.

Jeżeli komórka ma w swoim wnętrzu takie samo stężenie substancji, jak w otaczającym ją środowisku, mówimy, że jest wobec niego izotoniczna. Wody nie będzie wówczas ani przybywać, ani ubywać, a komórka nie zmieni objętości.

Osmoza dotyczy wyłącznie rozpuszczalnika. W organizmie rozpuszczalnikiem jest woda, podobnie jak w naszym eksperymencie. Przy przechodzeniu przez błonę komórkową rozpuszczanej substancji (w naszym eksperymencie farby), mówimy o dializie.

Opis procesu osmoregulacji

Obrzęk a mykobakterioza

W tym przypadku zajmiemy się osmozą dotyczącą głównie ryb słodkowodnych. Ryby morskie rozwiązują problem trochę inaczej, ale już ten jeden będzie wystarczająco skomplikowany. Osmoregulacja dotyczy między innymi tego, jak ryby słodkowodne mogą żyć w środowisku o innym stężeniu soli niż to, które panuje w ich organizmie.

Jest to silnie związane czymś, co nazywamy wydalaniem, ale warto przyjrzeć się bliżej temu terminowi. Wydalanie to pozbywanie się substancji, które nie są dalej używane w organizmie. Tak więc przy wydalaniu bierze udział układ pokarmowy, nerki, skóra czy skrzela.

Teraz przejdźmy do przyjmowania płynów. Ryby słodkowodne nie piją dużo wody (w stosunku do ryb morskich). Pobierają ją przez skrzela i układ pokarmowy. Ta przyjmowana woda ma mniejsze stężenie rozpuszczonych w nich substancji niż woda w ciele ryby. Organizm ryby jest hipertoniczny w stosunku do wody ją otaczającej.

Należy tu zwrócić uwagę na bardzo trudną sytuację dla ryby, jaką jest uszkodzenie skóry. U człowieka wystarczy koagulacja krwi (która też nie jest taka prosta, ale to inny temat). U ryby dochodzi zagrożenie rozregulowania ciśnienia osmotycznego i wystąpienia obrzęku ciała (to nie mykobakterioza). Choroby ryb akwariowych także mogą wpłynąć na osmoregulację.

Polecane akcesoria do akwarium - ceny internetowe!

Wydalanie u ryb

Ryba przy oddychaniu i jedzeniu pobiera wodę. Osmoza sugerowałaby, że ryba „rozrzedzi” sobie organizm wyrównując stężenia substancji rozpuszczonych w wodzie. Nie dzieje się tak dlatego, że ryby mają dobrze zorganizowaną fabrykę przetwórstwa przyjmowanej wody. A ta fabryka ma nazwę „nerki”.

Kiedy woda dostaje się do nerki, jest odfiltrowywana z tego, co rybie niepotrzebne. Następnie dostaje się do długiej pętli i systemu skomplikowanych kanalików, gdzie ryba odzyskuje z niej wszystkie sole, których potrzebuje. Zbędny mocz jest przesyłany dalej i wydalany z organizmu.

Ów mocz jest już hipotoniczny, czyli zawiera dużo wody, a nie ma już soli „odessanych” wcześniej przez nerki. Cała ta pompa jest zasilana… ciśnieniem krwi. W ten sposób zgrabnie woda przez rybę przepływa, ale nie marnuje nic, co może się jeszcze przydać. A może zainteresuje cię także ten artykuł na temat filtra odwróconej osmozy?

Znaczenie wydalania w osmoregulacji

Między innymi dzięki nerkom rybki mogą bez problemu żyć w płynie, który ma inne stężenie rozpuszczonych w nim substancji, niż to, które panuje w organizmie ryby. To nie oznacza, że historia kończy się na nerkach. Istnieją też inne sposoby wydalania u ryb.

Ryby wydalają bowiem też przez skrzela. To właśnie stamtąd pochodzi niesławny amoniak w akwarium. W skrócie  i dużym uproszczeniu można powiedzieć, że rybki tak „sikają”, jednak wydalanie anionów węglanowych, kationów amonowych i wodoru jest uzupełniane przez wydalanie sodu i chloru przez skórę. Dokładnie rzecz biorąc, mocz jest wydalany jako woda, mocznik i kreatyna – produkty pracy nerek.

Ryby słodkowodne w stawie, a także opis zachodzącej u nich osmoregulacji oraz osmoregulacja u ryb morskich
Osmoregulacja u ryb słodkowodnych oraz u ryb morskich, a także jej przebieg i znaczenie

Amoniak jest natomiast produktem pracy… wątroby ryb. To, co do niej trafia, aktywnie jest przetwarzane na inne produkty, a amoniak jest odpadem przekazywanym przez krew do skrzeli. Tam akurat sytuacja jest dość łatwa, bo wystarczy zwykła dyfuzja (proces opisany w pierwszym eksperymencie).

Opis różnic u ryb morskich

W przypadku ryb morskich osmoregulacja u ryb kostnoszkieletowych wygląda następująco:

  • Piją dużo wody
  • Wydalają mniej płynu, a więcej soli
  • Regulują poziom soli też przez skrzela

Jest inna niż ta u ryb morskich chrzęstnoszkieletowych:

  • Połykają wodę z pożywieniem
  • Duże stężenie mocznika
  • Dodatkowy gruczoł wydalający sól
  • Mocz o mniejszym stężeniu roztworu niż woda morska

Osmoregulacja a miernik pH wody

Wiedza o przyjmowaniu i wydalaniu soli to jedno, ale co dyktuje rybie, jak ma to działać? Są na to niezliczone formy kontroli. Jedną z nich jest poziom mocznika. Gdy wzrasta, organizm dostaje sygnał, że należy pobrać więcej wody, żeby go rozrzedzić. Przez odpowiednie stężenie mocznika układ może być „sterowalny”.

Nerki są też odpowiedzialne za regulację jonów wodorowych w płynach tkankowych i utrzymywanie równowagi kwasowo-zasadowej krwi. Stąd tak ważne jest utrzymywanie odpowiedniego pH wody, żeby układ wydalniczy ryby mógł przyzwyczaić się do zmiany. Miernik pH wody nie jest potrzebny, dopóki nie kombinujemy z zakwaszaniem. Podobna sytuacja dotyczy poziomu zasolenia wody.

Wszystkie przytoczone przykłady obejmują temat bardzo pobieżnie i w dużym uproszczeniu, które może prowadzić do przekłamań. To podobna sytuacja jak z przytoczonym „sikaniem” amoniakiem. Zobrazowanie skomplikowanego układu, jakim jest organizm rybki, pomoże nam w uszanowaniu jej wymagań.

Tak więc to, do jakiej wody włożymy rybę ma dla niej ogromne znaczenie. Pominąwszy kwestię ilości jonów, to obecność amoniaku w wodzie zupełnie rozregulowuje tę delikatną i wysublimowaną organizację, która umożliwia rybie życie w wodzie.

Bibliografia:

  1. Claude A Ville Biologia Państwowe Wydawnictwo Rolnicze i Leśne, Warszawa 1990
  2. Jerzy Antychowicz Choroby Ryb Akwariowych Powszechne Wydawnictwo Rolnicze i Leśne, Warszawa 2007
  3. Karol Opuszyński Podstawy Biologii Ryb Państwowe Wydawnictwo Rolnicze i Leśne, Warszawa 1983
  4. Makarewicz, W., „Production and Excretion of Waste Nitrogen Compounds in Fishes.” Postepy Biochem. (Poland), 13, 99 (1967); Chem. Abs., 67, 1060 (1967). https://fishbase.pl/2013/08/suplement-lxxxiii/
Czy ten artykuł był dla Ciebie pomocny?
Oceń
Dla 95,0% czytelników artykuł okazał się być pomocny