Wasser- und Salzhaushalt in verschiedenen Umgebungen

Wie Tiere ihren osmotischen Haushalt aufrechterhalten, ob sie in Süßwasser leben, das sie mit Wasser überflutet, in Meerwasser, das es entzieht, oder an Land, wo Wasser kostbar ist.

Definition

Der Wasser- und Salzhaushalt ist die Abstimmung der Wasser- und gelösten Ionenaufnahme und -abgabe eines Tieres, sodass die Konzentration und das Volumen seiner Körperflüssigkeiten innerhalb tolerierbarer Grenzen bleiben, erreicht durch verhaltensbedingte, strukturelle und physiologische Mittel, die seiner Umgebung angemessen sind.

Scope

Dieses Thema behandelt die osmotischen Herausforderungen verschiedener Habitate und die Strategien, die Tiere zu deren Bewältigung anwenden: Osmokonformität versus Osmoregulation, die gegensätzlichen Probleme des Süßwasser-, Meeres- und Landlebens, die Nutzung von Salzdrüsen und verhaltensbedingte Wassereinsparung sowie die Toleranz gegenüber wechselndem Salzgehalt. Es behandelt das Gleichgewicht zwischen Wasser- und Salzaufnahme und -verlusten im gesamten Tierkörper. Die Darstellung ist vergleichend und mechanistisch.

Core questions

• Warum stehen Tiere in Süßwasser, Meerwasser und an Land vor unterschiedlichen osmotischen Problemen?
• Was ist der Unterschied zwischen einem Osmokonformer und einem Osmoregulator?
• Wie gehen Meeresvögel, Reptilien und Fische mit überschüssigem Salz um?
• Wie minimieren Wüsten- und Landtiere den Wasserverlust?

Key theories

Osmokonformität versus Osmoregulation

Tiere lassen entweder ihre Körperflüssigkeitskonzentration der des umgebenden Mediums folgen (Osmokonformer) oder halten sie aktiv auf einem festgelegten Wert, der sich von der Umgebung unterscheidet (Osmoregulatoren), wobei letztere in der Lage sind, einen größeren Salzgehaltsbereich zu höheren energetischen Kosten zu besetzen.

Gesamter Wasser- und Salzhaushalt des Tieres

Das Gleichgewicht wird durch die Anpassung aller Aufnahme- und Abgabewege – Trinken, Nahrung, Stoffwechselwasser, Verdunstung, Ausscheidung und Ionentransport – erreicht, sodass die Gesamtaufnahme den Gesamtabgaben sowohl für Wasser als auch für jedes wichtige Ion entspricht.

Mechanisms

In Süßwasser sind Tiere hyperosmotisch zu ihrer Umgebung, sodass Wasser osmotisch eindringt und Salze verloren gehen; sie scheiden reichlich verdünnten Urin aus und nehmen aktiv Ionen über Kiemen oder Haut auf. Marine Knochenfische sind hypoosmotisch zu Meerwasser, verlieren Wasser und nehmen Salz auf; sie trinken Meerwasser, absorbieren Wasser mit den Salzen im Darm und scheiden überschüssiges Salz über Chloridzellen in den Kiemen aus, während Meeresvögel und Reptilien Salzdrüsen verwenden. Marine Wirbellose und Schleimaale sind weitgehend Osmokonformer, und Elasmobranchier erhöhen ihre innere Osmolarität durch zurückgehaltenen Harnstoff. Landtiere konservieren Wasser durch die Produktion von konzentriertem Urin und trockenem Kot, reduzieren den Verdunstungsverlust durch undurchlässige Oberflächen und Verhalten und verlassen sich auf Stoffwechselwasser; einige Wüstentiere überleben ganz ohne Trinken. Euryhaline Arten ändern die Transportrichtung, um einen weiten Salzgehaltsbereich zu bewältigen.

Clinical relevance

Vergleichende Studien extremer Osmoregulatoren klären die Prinzipien der Flüssigkeits- und Elektrolythomöostase und die Reaktionen auf Dehydration und Salzbelastung, die dem Verständnis des Wasserhaushalts zugrunde liegen. Dieser Eintrag ist ein pädagogisches Referenzmaterial und keine medizinische Leitlinie.

History

Kroghs Experimente zur aktiven Salzaufnahme durch Süßwassertiere zeigten, dass Osmoregulation ein aktiver Prozess ist, und vergleichende Studien von Meeresfischen, Salzdrüsen und Wüstensäugetieren durch Schmidt-Nielsen und andere enthüllten die Bandbreite der Strategien, die Tiere verwenden, um Wasser und Salz im Gleichgewicht mit ihrer Umgebung zu halten.

Key figures

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

Seminal works

• schmidtnielsen1997
• hill2016
• randall2002

Frequently asked questions

Wie trinken Seevögel Meerwasser, ohne zu dehydrieren?

Sie besitzen Salzdrüsen, meist in der Nähe der Augen oder Nasenlöcher, die eine sehr konzentrierte Salzlösung absondern, wodurch das mit dem Meerwasser aufgenommene überschüssige Salz entfernt wird und der Vogel im Gleichgewicht bleibt.

Können einige Tiere in der Wüste ohne zu trinken leben?

Ja. Bestimmte Wüstennager beziehen ausreichend Wasser aus ihrer Nahrung und ihrem Stoffwechsel, während sie gleichzeitig Verluste durch sehr konzentrierten Urin, trockenen Kot und wassersparendes Verhalten drastisch reduzieren.