Osmoregülasyon

Ozmoz, suyun yarı geçirgen bir zardan konsantrasyon gradyanından aşağı difüzyonudur. Bir zar, bir çözünene olmasa da suya geçirgense, su, daha düşük su konsantrasyonunun yanına (ve dolayısıyla daha yüksek çözünen konsantrasyonunun yanına) yayılarak kendi konsantrasyonunu eşitleyecektir. Soldaki beherde, zarın sağ tarafındaki çözelti hipertoniktir.Kırmızı çizgi yarı geçirgen membrane.

Osmoregülasyon bir canlının su içeriğinin homeostazını sağlamak için o canlının sıvılarının osmotik basıncının aktif olarak düzenlenmesidir. Bu düzenleme o canlının sıvılarının çok seyrelmesini ya da çok yoğunlaşmasını önler. Osmotik basınç suyun bir çözeltiden diğerine osmoz yoluyla geçme eğiliminin ölçüsüdür. Bir çözeltinin osmotik basıncı ne kadar yüksekse suyun o çözeltiye girme eğilimi o kadar fazladır. Biyolojik zarın hipertonik kısmından uygulanan basınç suyun osmoz yoluyla saf su içeren kısma doğru difüzyonunu engeller.

Karada ya da suda yaşayan canlılar vücut sıvılarında çözeltilerin ve suyun miktarını doğru oranda tutmak zorundadırlar. Kanda birikmesi hâlinde zehirli etki yapacak olan hormon gibi maddelerle metabolik atıkların deri ve böbrekler gibi organlardan boşaltımı çok önem taşır.

Canlılar osmotik basıncı kontrol etmek için başlıca iki strateji izler: osmokonformerlik ve osmoregülasyon. Osmokonformer canlılar, iç ortamlarını çevre koşullarıyla denge hâlinde tutarken; osmoregülatör canlılar, iç ortamlarını çevresel değişimlerden bağımsız olarak sabit tutmaya çalışırlar. Örneğin, deniz yıldızları gibi bazı deniz omurgasızları osmokonformer iken; insanlar, tatlı su balıkları ve kara hayvanları osmoregülatördür.

Tatlı su balıkları, yaşadıkları ortamın ozmotik olarak kendilerine göre hipotonik olması nedeniyle sürekli olarak çevreden su alırlar. Bu nedenle, fazla suyu dışarı atmak ve iyon kaybını önlemek için aktif taşıma mekanizmalarıyla iyonları geri kazanır ve seyreltik idrar üretirler. Buna karşılık deniz balıkları, çevrelerine göre hipotonik olduklarından su kaybederler. Bu canlılar, deniz suyu içerek su kaybını telafi ederken, fazla tuzları solungaçlarındaki özel hücreler (iyonositler) aracılığıyla dışarı atarlar.

Osmoregülasyon yalnızca hayvanlarla sınırlı değildir. Bitkiler de su dengesini sağlamak için çeşitli yollar geliştirirler. Özellikle kurak ortam bitkileri, hücre içi ozmotik basıncı düzenlemek için prolin ve çeşitli şeker gibi maddeleri (osmolitleri) biriktirir. Kalın kutikula, az sayıda ya da gömülü stoma gibi yapısal adaptasyonlar da su kaybını azaltan osmoregülasyon stratejilerindendir.

Deniz memelileri (örneğin yunuslar ve balinalar), yüksek tuzluluk içeren ortamlarda yaşamalarına rağmen iç dengeyi sağlamak için renikülat böbrek adı verilen çok loblu böbrek yapısına sahiptir. Bu yapı, tuz ve metabolik atıkların daha etkili atılmasına olanak tanır. Ayrıca bu canlılar, metabolik süreçler yoluyla içsel olarak su üretir ve bu şekilde dışarıdan su alma ihtiyacını azaltırlar.

Kuşlar ve sürüngenler gibi bazı karasal omurgalılar, fazla tuzu atmak için tuz bezleri geliştirmiştir. Bu bezler genellikle göz çevresinde (suprorbital), burun ya da dil bölgesinde yer alır. Örneğin penguenler ve deniz kaplumbağaları, bu bezleri kullanarak fazla tuzu vücutlarından uzaklaştırabilir.

Hücresel düzeyde ise osmoregülasyon, iyon taşınımını kontrol eden protein ve taşıyıcı sistemlerle sağlanır. Na⁺/K⁺-ATPaz enzimi, hücre membranında sodyum ve potasyum iyonlarının dengesini düzenleyerek hücre içi osmotik ortamın kararlı kalmasına yardımcı olur. Balıklarda özellikle solungaçlarda bulunan iyonosit hücreleri, aktif iyon taşınımı gerçekleştirerek çevreye göre osmotik denge kurar.

Bazı balık türleri, çevresel tuzluluk değişimlerine adaptasyon gösterebilir. Örneğin anadrom balıklar (somon gibi), tatlı sudan deniz suyuna geçerken solungaçlarındaki iyon taşıma sistemlerini değiştirebilirler. Bu durum, çevreye göre osmoregülasyon mekanizmasının esnekliğini gösterir.

Osmoregülasyon mekanizmaları, yalnızca fizyolojik değil aynı zamanda evrimsel süreçlerle de şekillenmiştir. Her canlının yaşadığı ortam ve sahip olduğu adaptasyonlar, su ve iyon dengesini sağlama yöntemlerini belirlemiştir. Bu nedenle osmoregülasyon, hem çevresel hem de genetik faktörlerin birlikte şekillendirdiği hayati bir süreçtir.