Osmoregulacja to biologiczny proces polegający na regulowaniu stężeń związków organicznych i elektrolitów wchodzących w skład płynów ustrojowych. Głównym jej celem jest utrzymanie równowagi wodno-elektrolitowej organizmu. Zjawisko osmozy wykorzystują wszystkie żywe organizmy, od prostych w swej budowie protistów, po komórki wchodzące w skład ludzkiego ciała.
Zjawisko osmozy
Osmoza jest zjawiskiem obejmującym procesy biologiczne, chemiczne i fizyczne. Jej obecność stwierdza się w każdym organizmie żywym, poczynając od prostych i mało złożonych stworzeń, poprzez ryby, a kończąc na ludzkich komórkach. Osmoza wykorzystuje naturalne właściwości półprzepuszczalnej błony biologicznej, dzięki której dochodzi do rozdzielenia się dwóch roztworów mających różne stężenie. Zjawisko osmozy powszechnie występuje w świecie przyrody i zachodzi spontanicznie. Polega na przejściu przez błonę półprzepuszczalną roztworu o stężeniu niższym do tego o stężeniu wyższym. Tym sposobem dochodzi do wyrównania się stężeń różnych roztworów. Zazwyczaj jest to przedstawiane za pomocą rysunków roztworów hipotonicznych i hipertonicznych. Roztwór hipotoniczny ma małe stężenie, a zatem mało w nim substancji rozpuszczonych, a dużo wody. Natomiast roztwór hipertoniczny cechuje się większym stężeniem substancji rozpuszczonych, a mniejszym wody. Roztwór wówczas jest bardzo stężony. Osmoza zachodzi w kierunku od roztworu hipotonicznego do hipertonicznego, czyli wbrew gradientowi stężeń. Gdy roztwory pomiędzy błoną biologiczną są względem siebie takie same, jeśli chodzi o stężenia, mówi się o równowadze osmotycznej, co oznacza, że oba roztwory są izotoniczne względem siebie.
Proces osmozy został odkryty dzięki badaniom przeprowadzonym na skórkach liści cebuli. Badano wówczas plazmolizę, czyli zjawisko utraty wody (turgoru) protoplastów. Dopiero później odkryto właściwości błon komórkowych organizmów zwierzęcych, w tym człowieka. Jeśli komórka jest zanurzona w roztworze hipotonicznym, to stopniowo jej objętość się zwiększa. Może wówczas dojść do lizy, czyli rozpadu błon komórki i wylania się jej zawartości na zewnątrz. Dobrym przykładem jest hemoliza, w której obserwuje się rozpad erytrocytów (czyli czerwonych krwinek). Bodźce wywołujące hemolizę mogą mieć charakter wrodzony lub nabyty (zakażenia, zatrucie czy wysiłek fizyczny). Komórki żywe znajdujące się w roztworze hipertonicznym zmniejszają swoje rozmiary poprzez kurczenie się. Do takiego procesu dochodzi chociażby przy wykonywaniu solnych płukanek gardła podczas infekcji. Komórki bakterii zostają pozbawione wody, co doprowadza do ich śmierci.
Zobaczcie także, czym jest surowa woda:
Osmoza w świecie zwierząt
W organizmach zwierząt osmoza umożliwia zachowanie homeostazy, czyli równowagi wodno-elektrolitowej. Najciekawsze zależności można zaobserwować u gadów oraz ryb.
- Gady są zwierzętami, które zasiedliły w sposób wtórny wody morskie. Choć natura wyposażyła je w wodoszczelne powłoki ciała, zmuszone są do picia wody morskiej. Zbyt dużo soli w organizmie usuwane jest u nich przez gruczoły łzowe.
- Ryby słodkowodne bytują w wodach o cechach hipotonicznych w stosunku do zawartości ich płynów ustrojowych. Radzą sobie z problemem szybkiej utraty soli mineralnych na dwa sposoby. Nadmiar wody usuwany jest przez nerki (ich mocz jest wówczas bardzo rozcieńczony), a skrzela uzupełniają straty soli mineralnych.
- Ryby morskie (w przeciwieństwie do ryb słodkowodnych) bytują w wodach o cechach hipertonicznych. W związku z tym narażone są na szybką utratę wody z organizmu. Regulacja odbywa się w sposób odwrotny do ryb słodkowodnych. Braki wody uzupełniane są poprzez picie morskiej wody, co zwiększa stężenie soli. Skrzela pełnią funkcję wychwytywania soli i usuwania jej na zewnątrz.
Osmoza w życiu codziennym – oczyszczanie wody
Proces odwróconej osmozy wykorzystywany jest również w celach oczyszczania wody. Filtry do oczyszczania wody wyposażone są w błony półprzepuszczalne. Brudna woda (czyli roztwór o większym stężeniu) przepływa do czystej (roztwór o mniejszym stężeniu). Kierunek przepływu jest zatem odwrotny niż w przypadku klasycznego zjawiska osmozy. Tego rodzaju filtry montowane są pod zlewami kuchennymi lub w dzbankach. Nowoczesne sitka do oczyszczania wody są w stanie wychwycić nawet niewielkich rozmiarów zanieczyszczenia. Warto jednak pamiętać o tym, że przefiltrowana woda może być pozbawiona cennych dla zdrowia minerałów, dlatego należy ją dodatkowo mineralizować. Pijąc tak czystą wodę, nie dostarcza się do organizmu ważnych mikroskładników.
