توازن الماء والأملاح عبر البيئات

كيف تحافظ الحيوانات على توازنها الأسموزي سواء كانت تعيش في المياه العذبة التي تغمرها بالماء، أو مياه البحر التي تسحبه منها، أو على اليابسة حيث الماء ثمين.

Definition

توازن الماء والأملاح هو مطابقة مكاسب الحيوان وخسائره من الماء والأيونات المذابة بحيث يظل تركيز وحجم سوائل جسمه ضمن الحدود المقبولة، ويتحقق ذلك بوسائل سلوكية وتركيبية وفسيولوجية مناسبة لبيئته.

Scope

يغطي هذا الموضوع التحديات الأسموزية للبيئات المختلفة والاستراتيجيات التي تستخدمها الحيوانات لمواجهتها: التكيف الأسموزي مقابل التنظيم الأسموزي، والمشكلات المتناقضة للحياة في المياه العذبة والبحرية والبرية، واستخدام الغدد الملحية والحفاظ السلوكي على الماء، وتحمل تغير الملوحة. ويتناول التوازن بين مكاسب وخسائر الماء والأملاح عبر الحيوان بأكمله. التغطية مقارنة وميكانيكية.

Core questions

• لماذا تواجه الحيوانات في المياه العذبة ومياه البحر وعلى اليابسة مشكلات أسموزية مختلفة؟
• ما الفرق بين الكائن المتكيف أسموزيًا (osmoconformer) والكائن المنظم أسموزيًا (osmoregulator)؟
• كيف تتعامل الطيور والزواحف والأسماك البحرية مع الأملاح الزائدة؟
• كيف تقلل حيوانات الصحراء والحيوانات البرية من فقدان الماء؟

Key theories

التكيف الأسموزي مقابل التنظيم الأسموزي

إما أن تسمح الحيوانات لتركيز سوائل جسمها بتتبع تركيز الوسط المحيط (متكيفة أسموزيًا) أو تحافظ عليه بنشاط عند قيمة محددة تختلف عن البيئة (منظمة أسموزيًا)، حيث يمكن للأخيرة أن تشغل نطاقًا أوسع من الملوحة بتكلفة طاقوية أكبر.

ميزانيات الماء والأملاح للحيوان بأكمله

يتحقق التوازن عن طريق تعديل جميع طرق الكسب والخسارة — الشرب، الطعام، الماء الأيضي، التبخر، الإخراج، ونقل الأيونات — بحيث تتساوى المدخلات الكلية مع المخرجات لكل من الماء وكل أيون رئيسي.

Mechanisms

في المياه العذبة، تكون الحيوانات مفرطة التوتر الأسموزي (hyperosmotic) بالنسبة لمحيطها، لذا يدخل الماء أسموزيًا وتُفقد الأملاح؛ وهي تفرز بولًا مخففًا غزيرًا وتمتص الأيونات بنشاط عبر الخياشيم أو الجلد. أسماك العظمية البحرية ناقصة التوتر الأسموزي (hypoosmotic) بالنسبة لمياه البحر، فتفقد الماء وتكتسب الأملاح؛ وهي تشرب مياه البحر، وتمتص الماء مع الأملاح في الأمعاء، وتفرز الأملاح الزائدة عبر خلايا الكلوريد في الخياشيم، بينما تستخدم الطيور والزواحف البحرية الغدد الملحية. اللافقاريات البحرية وسمك الهاجفيش (hagfish) هي في الغالب متكيفة أسموزيًا (osmoconformers)، وترفع الأسماك الغضروفية (elasmobranchs) أسموزيتها الداخلية باليوريا المحتجزة. تحافظ الحيوانات البرية على الماء بإنتاج بول مركز وبراز جاف، وتقليل الفقد التبخيري عبر الأسطح غير المنفذة والسلوك، والاعتماد على الماء الأيضي؛ وبعض حيوانات الصحراء تعيش دون شرب على الإطلاق. الأنواع واسعة الملوحة (Euryhaline species) تغير اتجاه النقل للتعامل مع نطاق واسع من الملوحة.

Clinical relevance

توضح الدراسات المقارنة للمنظمات الأسموزية المتطرفة مبادئ استتباب السوائل والكهارل والاستجابات للجفاف وتحميل الأملاح التي تكمن وراء فهم توازن الماء. هذا المدخل هو مادة مرجعية تعليمية وليست إرشادات طبية.

History

أظهرت تجارب كروغ (Krogh) على الامتصاص النشط للأملاح بواسطة حيوانات المياه العذبة أن التنظيم الأسموزي عملية نشطة، وكشفت الدراسات المقارنة للأسماك البحرية والغدد الملحية والثدييات الصحراوية التي أجراها شميدت-نيلسن (Schmidt-Nielsen) وآخرون عن مجموعة الاستراتيجيات التي تستخدمها الحيوانات لموازنة الماء والأملاح مع بيئتها.

Key figures

• Knut Schmidt-Nielsen
• August Krogh
• Homer Smith
• James Gordon

Seminal works

• schmidtnielsen1997
• hill2016
• randall2002

Frequently asked questions

كيف تشرب الطيور البحرية مياه البحر دون أن تصاب بالجفاف؟

لديها غدد ملحية، عادةً بالقرب من العينين أو فتحتي الأنف، تفرز محلولًا ملحيًا شديد التركيز، مزيلة الأملاح الزائدة التي تدخل مع مياه البحر وتاركة الطائر في حالة توازن.

هل يمكن لبعض الحيوانات أن تعيش في الصحراء دون شرب؟

نعم. تحصل بعض القوارض الصحراوية على ما يكفي من الماء من طعامها ومن الأيض بينما تقلل بشكل كبير من الخسائر من خلال بول شديد التركيز، وبراز جاف، وسلوكيات توفير الماء.