تعادل آب و نمک در محیطهای مختلف
چگونه حیوانات تعادل اسمزی خود را حفظ میکنند، چه در آب شیرین زندگی کنند که آنها را با آب پر میکند، چه در آب دریا که آب را از آنها میگیرد، یا در خشکی که آب گرانبها است.
Definition
تعادل آب و نمک عبارت است از تطابق دریافت و از دست دادن آب و یونهای محلول توسط حیوان به گونهای که غلظت و حجم مایعات بدن آن در محدوده قابل تحمل باقی بماند، که از طریق ابزارهای رفتاری، ساختاری و فیزیولوژیکی متناسب با محیط آن حاصل میشود.
Scope
این موضوع به چالشهای اسمزی زیستگاههای مختلف و راهبردهایی که حیوانات برای مقابله با آنها به کار میبرند میپردازد: انطباق اسمزی در مقابل تنظیم اسمزی، مشکلات متضاد زندگی در آب شیرین، دریا و خشکی، استفاده از غدد نمکی و حفظ آب رفتاری، و تحمل شوری متغیر. این موضوع به تعادل بین دریافت و از دست دادن آب و نمک در سراسر بدن حیوان میپردازد. پوشش این موضوع مقایسهای و مکانیکی است.
Core questions
- چرا حیوانات در آب شیرین، آب دریا و خشکی با مشکلات اسمزی متفاوتی روبرو هستند؟
- تفاوت بین اسموکانفورمر و تنظیمکننده اسمزی چیست؟
- پرندگان، خزندگان و ماهیهای دریایی چگونه با نمک اضافی کنار میآیند؟
- حیوانات بیابانی و خشکیزی چگونه اتلاف آب را به حداقل میرسانند؟
Key theories
- انطباق اسمزی در مقابل تنظیم اسمزی
- حیوانات یا اجازه میدهند غلظت مایعات بدنشان با محیط اطراف (اسموکانفورمرها) مطابقت داشته باشد یا به طور فعال آن را در یک مقدار مشخص متفاوت از محیط (تنظیمکنندههای اسمزی) نگه میدارند، که دومی قادر است طیف وسیعتری از شوریها را با هزینه انرژی بیشتر اشغال کند.
- بودجه آب و نمک کل حیوان
- تعادل با تنظیم تمام مسیرهای دریافت و از دست دادن — نوشیدن، غذا، آب متابولیک، تبخیر، دفع و انتقال یون — به گونهای حاصل میشود که کل ورودیها برای آب و هر یون اصلی برابر با خروجیها باشد.
Mechanisms
در آب شیرین، حیوانات نسبت به محیط اطراف خود هایپراسموتیک هستند، بنابراین آب به صورت اسمزی وارد میشود و نمکها از دست میروند؛ آنها ادرار رقیق فراوان دفع میکنند و به طور فعال یونها را از طریق آبششها یا پوست جذب میکنند. ماهیهای استخوانی دریایی نسبت به آب دریا هایپواسموتیک هستند و آب از دست میدهند و نمک جذب میکنند؛ آنها آب دریا مینوشند، آب را همراه با نمکها در روده جذب میکنند و نمک اضافی را از طریق سلولهای کلراید در آبششها ترشح میکنند، در حالی که پرندگان و خزندگان دریایی از غدد نمکی استفاده میکنند. بیمهرگان دریایی و ماهیهای دهانگرد (hagfish) عمدتاً اسموکانفورمر هستند و کوسهها و سفرهماهیها (elasmobranchs) اسمولاریته داخلی خود را با اوره حفظ شده افزایش میدهند. حیوانات خشکیزی با تولید ادرار غلیظ و مدفوع خشک، کاهش اتلاف تبخیری از طریق سطوح نفوذناپذیر و رفتار، و تکیه بر آب متابولیک، آب را حفظ میکنند؛ برخی از حیوانات بیابانی بدون نوشیدن آب نیز زنده میمانند. گونههای یوریهالین (euryhaline) جهت انتقال را برای مدیریت طیف وسیعی از شوری تغییر میدهند.
Clinical relevance
مطالعات مقایسهای تنظیمکنندههای اسمزی شدید، اصول هموستاز مایعات و الکترولیتها و پاسخها به کمآبی و بارگذاری نمک را که زیربنای درک تعادل آب هستند، روشن میکند. این مدخل یک ماده مرجع آموزشی است تا راهنمایی پزشکی.
History
آزمایشهای کروگ (Krogh) در مورد جذب فعال نمک توسط حیوانات آب شیرین نشان داد که تنظیم اسمزی یک فرآیند فعال است، و مطالعات مقایسهای ماهیهای دریایی، غدد نمکی و پستانداران بیابانی توسط اشمیت-نیلسن (Schmidt-Nielsen) و دیگران، طیف راهبردهایی را که حیوانات برای تعادل آب و نمک در برابر محیط خود استفاده میکنند، آشکار کرد.
Key figures
- Knut Schmidt-Nielsen
- August Krogh
- Homer Smith
- James Gordon
Related topics
Seminal works
- schmidtnielsen1997
- hill2016
- randall2002
Frequently asked questions
- پرندگان دریایی چگونه آب دریا مینوشند بدون اینکه دچار کمآبی شوند؟
- آنها غدد نمکی دارند، معمولاً نزدیک چشمها یا سوراخهای بینی، که محلول نمکی بسیار غلیظی ترشح میکنند و نمک اضافی را که با آب دریا وارد شده است، حذف میکنند و پرنده را در تعادل نگه میدارند.
- آیا برخی حیوانات میتوانند در بیابان بدون نوشیدن آب زندگی کنند؟
- بله. برخی جوندگان بیابانی آب کافی را از غذای خود و از متابولیسم به دست میآورند، در حالی که به طور چشمگیری اتلاف را از طریق ادرار بسیار غلیظ، مدفوع خشک و رفتار صرفهجویی در آب کاهش میدهند.