Организмы должны поддерживать в жидкостях организма постоянную температуру и pH, сохраняя при этом определенные концентрации растворенных веществ, чтобы поддерживать жизненные функции. Осморегуляция – это процесс, который уравновешивает уровни растворенных веществ и воды.
Осмос – это тенденция воды переходить из растворов с более низкой концентрацией ионов или осмолярностью в растворы с более высокой концентрацией ионов. Осмос возникает в результате различий в молекулярных концентрациях растворов, разделенных полупроницаемой мембраной.
Жидкости организма, которые разделены такими мембранами, содержат воду, неэлектролиты и электролиты – растворенные вещества, которые в воде растворяются в ионах. И электролиты, и неэлектролиты влияют на осмотический баланс. Однако, поскольку более важным фактором осмоса является количество растворенного вещества, а не размер, вклад электролитов более значителен.
В отличие от воды, электролиты не могут диффундировать пассивно через мембраны, а зависят от облегченной диффузии и активного транспорта. При облегчении диффузии каналы на основе белков перемещают растворенные вещества через мембраны. И наоборот, энергия используется для перемещения ионов против градиентов концентрации при активном переносе.
Когда животные глотают пищу, из организма выводится материал, который нельзя использовать. Выделительные системы в природе предполагают компромисс между экономией энергии и воды.
Азот – один из важнейших видов отходов в организме. Избыточный азот образует аммиак, который токсичен, и его необходимо выбросить. Некоторые животные напрямую выделяют аммиак; другие сначала превращают его в мочевину или мочевую кислоту, которые менее токсичны. Преобразование аммиака требует больше энергии, чем прямое выделение, однако при этом сохраняется больше воды.
Транспортный эпителий часто опосредует осморегуляцию и выведение. Эти специализированные клетки перемещают растворенные вещества и находятся в выделительных органах всего животного мира: от мальпигиевых канальцев насекомых до жабр рыб и почек позвоночных.
Транспортный эпителий, обычно организованный в виде трубчатых сетей с большой площадью поверхности, часто способствует как водному балансу, так и удалению отходов. Например, у некоторых морских птиц есть носовые железы, которые удаляют соль из крови и выводят ее из ноздрей, позволяя им потреблять морскую воду.
