ОСМОРЕГУЛЯЦІЯ: ЩО ЦЕ ТАКЕ, У РОСЛИН, У ТВАРИН, ПРИКЛАДИ - БІОЛОГІЯ - 2025

Осморегуляція є процесом , який відповідає за підтримання гомеостазу рідини в організмі, активно регулюючи її внутрішнє осмотичнийтиск. Її мета - підтримувати належні обсяги та осмолярні концентрації різних біологічних відділів, що має важливе значення для правильної роботи організмів.

Біологічну воду можна вважати розподіленою у відділеннях, що включають клітинні нутро (внутрішньоклітинне відділення), а у випадку багатоклітинних організмів - рідина, яка оточує клітини (позаклітинне або міжтканеве відділення).

Рух води та іонів у прісноводній рибі телостус (Джерело: Равер, Дуейн; модифіковано Biezl (власна робота), невизначено Перекладено на іспанську - Крістіна Буш (розмова) 20:53, 1 вересня 2014 (UTC) через Wikimedia Commons )

Також у більш складних організмів є внутрішньосудинний відділення, яке приносить внутрішньо- і позаклітинні рідини в контакт із зовнішнім середовищем. Ці три відділення розділені біологічними мембранами селективної проникності, які дозволяють вільно проходити воду і обмежують проходження частинок, що знаходяться в розчині, в тій рідині більшою чи меншою мірою.

Як вода, так і деякі дрібні частинки можуть вільно переміщатися через пори мембрани шляхом дифузії та слідування за їх градієнтами концентрації. Інші, більші або електрично заряджені, можуть переходити лише з однієї сторони на іншу, використовуючи інші молекули, які служать транспортним засобом.

Осмотичні процеси пов'язані з переміщенням води з одного місця в інше за градієнтом його концентрації. Тобто вона рухається від відділення, в якому вона найбільше зосереджена, до тієї, де її концентрація менша.

Вода більш концентрована в тому місці, де осмолярна концентрація (концентрація осмотично активних частинок) нижча і навпаки. Потім, як кажуть, вода переміщується з ділянки з низькою осмолярною концентрацією на іншу з більш високою осмолярною концентрацією.

Живі істоти розробили складні механізми контролю осмотичної рівноваги у їх внутрішніх приміщеннях та регулювання процесів входження та виходу води, регулювання входу та / або виходу розчинних речовин, і саме до цього відноситься осморегуляція.

Що таке осморегуляція?

Основна мета осмотичної регуляції - регулювати вхід і вихід води та розчинних речовин, щоб і об'єм, і склад рідких відсіків залишалися постійними.

У цьому сенсі можна розглядати два аспекти: один - обмін між організмом і довкіллям, а другий - обмін між різними відділами тіла.

Вхід та вихід води та розчинених речовин відбувається за різними механізмами:

- У випадку з вищими хребетними тваринами, наприклад, дохід регулюється надходженням води та розчинних речовин, що, в свою чергу, залежить від діяльності нервової та ендокринної систем, які також втручаються в регуляцію ниркова екскреція цих речовин.

-У випадку із судинними рослинами поглинання води та розчинних речовин відбувається завдяки процесам евапотранспірації, які відбуваються у листках. Ці процеси «витягують» товщу води і рухають її рух вгору через рослину від коренів, що має відношення до водного потенціалу.

Обмін і рівновага між різними відділеннями організму відбувається шляхом накопичення розчинних речовин в тому чи іншому відділенні через їх активний транспорт. Наприклад, збільшення розчинених речовин всередині клітин визначає рух води до них та збільшення їх об’єму.

Баланс у цьому випадку складається з підтримки внутрішньоклітинної осмолярної концентрації, достатньої для підтримки постійного об’єму клітин, і це досягається завдяки участі білків з різною транспортною діяльністю, серед яких виділяються насоси АТФази та інші транспортери. .

Осморегуляція в рослинах

Рослинам потрібна вода, щоб жити так само, як тварини та інші одноклітинні організми. У них, як і у всіх живих істот, вода має важливе значення для здійснення всіх метаболічних реакцій, пов'язаних із ростом та розвитком, які пов'язані із підтримкою форми та тургору їх клітин.

Протягом свого життя вони зазнають змін гідричних умов, які залежать від навколишнього середовища, зокрема від атмосферної вологості та рівнів сонячної радіації.

У рослинних організмах осморегуляція виконує функцію збереження тургорного потенціалу за рахунок накопичення чи зменшення розчинних речовин у відповідь на водний стрес, що дозволяє їм продовжувати зростати.

Рух води в кореневих клітинах (симпластичний транспорт і апопластичний транспорт) (Джерело: Dylan W. Schwilk через Wikimedia Commons)

Вода, яка знаходиться між кореневими волосками та ентодермісом, протікає між кореневими клітинами через позаклітинне відділення, відоме як апопласт (апопластичний транспорт) або через цитоплазматичні зв’язки (спрощений транспорт), поки не фільтрується разом з іонами та мінералів потрапляє в клітини ентодерми, а потім подорожує до судинних пучків.

Оскільки вода та мінеральні поживні речовини транспортуються з ґрунту коренем до повітряних органів, клітини різних тканин організму «приймають» об’єм води та кількість розчинних речовин, необхідних для виконання своїх функцій.

У рослинах, як і у багатьох вищих організмів, процеси потрапляння та вигнання води регулюються речовинами, що регулюють ріст (фітогормони), що модулюють реакції на різні умови навколишнього середовища та інші внутрішні фактори.

- Водний потенціал і потенціал тиску

Оскільки внутрішньоклітинна концентрація розчинних речовин у рослинних клітинах вища, ніж у середовищі їх середовища, вода має тенденцію до дифузії осмосом у внутрішню сторону, доки потенціал тиску, який надає стінка клітини, не дозволяє, і саме це робить клітини клітини тверді або тверді.

Водний потенціал є одним із факторів, що беруть участь у водообміні обох рослин із їх середовищем та клітин їх тканин між собою.

Він пов'язаний з вимірюванням напрямку руху потоку води між двома відділеннями і включає суму осмотичного потенціалу з потенціалом тиску, який надає стінка клітин.

У рослин, оскільки концентрація внутрішньоклітинного розчиненого речовини зазвичай вища, ніж у позаклітинному середовищі, осмотичний потенціал є від’ємним числом; тоді як потенціал тиску зазвичай позитивний.

Чим нижчий осмотичний потенціал, тим більше негативний водний потенціал. Якщо його вважати клітиною, то кажуть, що вода буде надходити до неї слідом за потенційним градієнтом.

Осморегуляція у тварин

Багатоклітинні хребетні та безхребетні використовують різні системи для підтримки внутрішнього гомеостазу, це в суворій залежності від середовища існування, яке вони займають; тобто адаптаційні механізми відрізняються між морською, прісноводною та сухопутною тваринами.

Різні адаптації часто залежать від спеціалізованих органів осморегуляції. У природі найбільш поширені відомі як нефридіальні органи, які є спеціалізованими видільними структурами, які функціонують як система трубок, що відкриваються назовні через пори, які називаються нефридіопорами.

Плоскі черви мають такі структури, відомі як протонефридії, тоді як кільчасті і молюски мають метанефридії. Комахи та павуки мають версію нефридіальних органів під назвою Трубки Мальпігі.

У хребетних тварин досягається осморегуляційна та видільна система, в основному складається з нирок, але нервова та ендокринна системи, травна система, легені (або зябра) та шкіра також беруть участь у цьому процесі підтримки водного балансу.

- Водні тварини

Морські безхребетні вважаються осмо-адаптаційними організмами , оскільки їх тіла знаходяться в осмотичній рівновазі з водою, яка їх оточує. Вода та солі потрапляють та виходять дифузією, коли змінюються зовнішні концентрації.

Безхребетні, які мешкають у лиманах, де концентрація солі виявляє значні коливання, відомі як осморегуляторні організми , оскільки вони мають складніші механізми регуляції через те, що концентрація солей у їх внутрішніх приміщеннях відрізняється від води, де вони мешкають.

У прісноводних риб концентрація солей у їх внутрішніх приміщеннях значно більша, ніж у води, яка їх оточує, так що багато води потрапляє у їхні нутрі через осмос, але це виділяється у вигляді розведеної сечі.

Крім того, деякі види риб мають зяброві клітини для потрапляння солі.

Морські хребетні, концентрація солей яких нижча, ніж у навколишнього середовища, отримують воду, випиваючи її з моря, і виводячи зайву сіль у сечу. У багатьох морських птахів і рептилій є "сольові залози", які вони використовують для вивільнення зайвої солі, яку вони отримують після пиття морської води.

Більшість морських ссавців поглинають солону воду під час годування, але в їх внутрішніх приміщеннях зазвичай є менша концентрація солі. Механізм, що використовується для підтримки гомеостазу, - це вироблення сечі з високою концентрацією солей та аміаку.

Різниця в осморегуляції між рослинами і тваринами

Ідеальний стан рослинної клітини значно відрізняється від стану тварини, що пов'язано з наявністю клітинної стінки, що запобігає надмірному розширенню клітини через потрапляння води.

У тварин внутрішньоклітинний простір знаходиться в осмотичній рівновазі з позаклітинними рідинами, і процеси осморегуляції відповідають за підтримку цього стану.

Клітини рослин, з іншого боку, потребують тургору, чого вони досягають, утримуючи внутрішньоклітинну рідину більш концентрованою, ніж її середовище, через що вода схильна до них потрапляти.

Приклади

На додаток до всіх розглянутих вище випадків, хорошим прикладом систем осморегуляції є той, який виявляється в організмі людини:

У людини підтримання нормального об’єму та осмолярності рідин тіла передбачає баланс між входом та виходом води та розчинних речовин, тобто рівновагою, де вхід дорівнює виходу.

Оскільки основним позаклітинним розчиненим розчином є натрій, регулювання об'єму та осмолярності позаклітинної рідини майже виключно залежить від балансу між водою та натрієм.

Вода потрапляє в організм через їжу та споживану рідину (регулювання якої залежить від механізмів спраги) і виробляється всередині внаслідок процесів окислення в їжі (метаболічна вода).

Вихід води відбувається через нечутливі втрати, від поту, калу та сечі. Обсяг виділеної сечі регулюється рівнем антидіуретичного гормону в плазмі крові (АДГ).

Натрій потрапляє в організм через прийом їжі та рідини. Він втрачається через піт, кал і сечу. Його втрата через сечу є одним із механізмів регулювання вмісту натрію в організмі і залежить від внутрішньої функції нирки, регульованої гормоном альдостероном.

Список літератури

1. Alberts, B., Dennis, B., Hopkin, K., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., … Walter, P. (2004). Основна клітинна біологія. Абінгдон: Гарленд Наук, Тейлор і Френсіс Груп.
2. Кушман, Дж. (2001). Осморегуляція в рослинах: наслідки для сільського господарства. Амер. Zool. , 41, 758–769.
3. Морган, Дж. М. (1984). Осморегуляція та водяний стрес у вищих рослин. Енн. Преподобний рослинний фізіол. , 35, 299-319.
4. Наборс, М. (2004). Вступ до ботаніки (1-е видання). Пірсон освіта.
5. Solomon, E., Berg, L., & Martin, D. (1999). Біологія (5-е видання). Філадельфія, Пенсильванія: Видавництво коледжу Сондерса.
6. Уест, Дж. (1998). Фізіологічні основи медичної практики (12 ред.). Мексика DF: Редакція Médica Panamericana.