Водно-солевой баланс в различных средах обитания

Как животные поддерживают осмотический баланс, обитая в пресной воде, которая насыщает их водой, в морской воде, которая вытягивает ее, или на суше, где вода является ценным ресурсом.

Definition

Водно-солевой баланс — это соответствие поступления и потери воды и растворенных ионов у животного, благодаря чему концентрация и объем его жидкостей тела остаются в допустимых пределах, что достигается поведенческими, структурными и физиологическими средствами, соответствующими его среде обитания.

Scope

Эта тема охватывает осмотические проблемы различных сред обитания и стратегии, которые животные используют для их решения: осмоконформность против осморегуляции, контрастные проблемы пресноводной, морской и наземной жизни, использование солевых желез и поведенческое сохранение воды, а также толерантность к изменению солености. Рассматривается баланс между поступлением и потерей воды и солей у всего животного. Охват является сравнительным и механистическим.

Core questions

• Почему животные в пресной воде, морской воде и на суше сталкиваются с различными осмотическими проблемами?
• В чем разница между осмоконформером и осморегулятором?
• Как морские птицы, рептилии и рыбы справляются с избытком соли?
• Как пустынные и наземные животные минимизируют потерю воды?

Key theories

Осмоконформность против осморегуляции

Животные либо позволяют концентрации жидкостей своего тела соответствовать концентрации окружающей среды (осмоконформеры), либо активно поддерживают ее на заданном уровне, отличающемся от окружающей среды (осморегуляторы), причем последние способны занимать более широкий диапазон солености с большими энергетическими затратами.

Водный и солевой баланс всего организма

Баланс достигается путем регулирования всех путей поступления и потери — питья, пищи, метаболической воды, испарения, выделения и ионного транспорта — таким образом, чтобы общие поступления равнялись общим потерям как для воды, так и для каждого основного иона.

Mechanisms

В пресной воде животные гипертоничны по отношению к окружающей среде, поэтому вода поступает осмотически, а соли теряются; они выделяют обильную разбавленную мочу и активно поглощают ионы через жабры или кожу. Морские костистые рыбы гипотоничны по отношению к морской воде, теряя воду и набирая соль; они пьют морскую воду, поглощают воду вместе с солями в кишечнике и выделяют избыток соли через хлоридные клетки в жабрах, в то время как морские птицы и рептилии используют солевые железы. Морские беспозвоночные и миксины в значительной степени являются осмоконформерами, а хрящевые рыбы повышают свою внутреннюю осмолярность за счет удерживаемой мочевины. Наземные животные сохраняют воду, производя концентрированную мочу и сухой кал, уменьшая испарительные потери через непроницаемые поверхности и поведение, а также полагаясь на метаболическую воду; некоторые пустынные животные выживают, не употребляя воду вообще. Эвригалинные виды меняют направление транспорта для поддержания широкого диапазона солености.

Clinical relevance

Сравнительные исследования экстремальных осморегуляторов проясняют принципы гомеостаза жидкостей и электролитов, а также реакции на обезвоживание и солевую нагрузку, которые лежат в основе понимания водного баланса. Эта запись является образовательным справочным материалом, а не медицинским руководством.

History

Эксперименты Крога по активному поглощению соли пресноводными животными показали, что осморегуляция является активным процессом, а сравнительные исследования морских рыб, солевых желез и пустынных млекопитающих Шмидта-Нильсена и других выявили спектр стратегий, которые животные используют для балансирования воды и соли в соответствии с их средой обитания.

Key figures

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

Seminal works

• schmidtnielsen1997
• hill2016
• randall2002

Frequently asked questions

Как морские птицы пьют морскую воду, не обезвоживаясь?

У них есть солевые железы, обычно расположенные около глаз или ноздрей, которые выделяют очень концентрированный солевой раствор, удаляя избыток соли, поступающей с морской водой, и поддерживая баланс в организме птицы.

Могут ли некоторые животные жить в пустыне без питья?

Да. Некоторые пустынные грызуны получают достаточно воды из пищи и метаболизма, при этом значительно сокращая потери за счет очень концентрированной мочи, сухого кала и водосберегающего поведения.