التنظيم الأسموزي

التنظيم الأسموزي هو عملية تنظيم فعّالة للضغط الأسموزي لسوائل جسم الكائن الحي ، والذي تستشعره المستقبلات الأسموزية ، للحفاظ على توازن محتوى الماء في الجسم ؛ أي أنه يحافظ على توازن السوائل وتركيز الإلكتروليتات ( الأملاح الذائبة ، والتي يُمثلها في هذه الحالة سائل الجسم) لمنع سوائل الجسم من أن تصبح مخففة أو مركزة بشكل مفرط. الضغط الأسموزي هو مقياس لميل الماء للانتقال من محلول إلى آخر عبر الخاصية الأسموزية . ^{[ 1 ]} كلما زاد الضغط الأسموزي للمحلول، زادت ميل الماء للانتقال إليه. يجب تطبيق ضغط على الجانب عالي التوتر لغشاء شبه منفذ لمنع انتشار الماء عبر الخاصية الأسموزية من الجانب الذي يحتوي على الماء النقي.

على الرغم من وجود اختلافات في التوازن الأسموزي بين الساعات واليوم، إلا أن الحيوان يكون عمومًا في حالة استقرار أسموزي على المدى الطويل. يجب على الكائنات الحية في البيئات المائية والبرية الحفاظ على التركيز المناسب للمواد المذابة وكمية الماء في سوائل أجسامها؛ وهذا يشمل الإخراج (التخلص من نفايات النيتروجين الأيضية ومواد أخرى مثل الهرمونات التي قد تكون سامة إذا تراكمت في الدم ) من خلال أعضاء مثل الجلد والكليتين .

يوجد نوعان رئيسيان من التنظيم الأسموزي: الكائنات المتوافقة أسموزياً والكائنات المنظمة أسموزياً . تُطابق الكائنات المتوافقة أسموزياً أسمولية أجسامها مع بيئتها، سواءً بشكل فعال أو غير فعال. معظم اللافقاريات البحرية من الكائنات المتوافقة أسموزياً، على الرغم من أن تركيبها الأيوني قد يختلف عن تركيب مياه البحر. في الحيوانات المنظمة أسموزياً بدقة، تبقى كميات الأملاح والماء الداخلية ثابتة نسبياً في مواجهة التغيرات البيئية. ويتطلب ذلك أن يكون كل من كمية الماء والأملاح الداخلة والخارجة متساوية على مدى فترة زمنية طويلة.

تُسمى الكائنات الحية التي تحافظ على تركيز أسموزي داخلي مختلف عن الوسط المحيط بها بالكائنات المنظمة للأسموزية. فهي تُنظم أسموزية أجسامها بدقة ، محافظةً على ظروف داخلية ثابتة. وتنتشر هذه الكائنات بكثرة في المملكة الحيوانية. تتحكم الكائنات المنظمة للأسموزية بنشاط في تركيز الأملاح بغض النظر عن تركيزها في البيئة المحيطة. ومن الأمثلة على ذلك أسماك المياه العذبة، حيث تمتص خياشيمها الأملاح من البيئة بنشاط باستخدام خلايا غنية بالميتوكوندريا. ينتشر الماء إلى داخل السمكة، فتُفرز بولًا منخفض التركيز (مخففًا) للتخلص من الماء الزائد. أما أسماك المياه المالحة ، فيكون تركيزها الأسموزي الداخلي أقل من تركيز مياه البحر المحيطة بها، لذا فهي تميل إلى فقدان الماء واكتساب الأملاح، فتُفرز الأملاح بنشاط من خلال خياشيمها . معظم الأسماك ضيقة الملوحة ، أي أنها تقتصر على المياه المالحة أو العذبة، ولا تستطيع البقاء على قيد الحياة في مياه ذات تركيز ملحي مختلف عن تركيزها الطبيعي. مع ذلك، تُظهر بعض الأسماك قدرةً على تنظيم الضغط الأسموزي بكفاءة عبر نطاق واسع من الملوحة؛ وتُعرف الأسماك التي تتمتع بهذه القدرة بالأنواع واسعة الملوحة ، مثل سمك الفلوندر . وقد لوحظ أن سمك الفلوندر يعيش في بيئتين مختلفتين تمامًا - المياه المالحة والمياه العذبة - ومن الطبيعي أن يتكيف مع كلتيهما من خلال إدخال تعديلات سلوكية وفسيولوجية.

طورت بعض الأسماك البحرية، كالقروش، آلية فعالة ومختلفة للحفاظ على الماء، وهي التنظيم الأسموزي. إذ تحتفظ هذه الأسماك باليوريا في دمائها بتركيز عالٍ نسبيًا. ولأن اليوريا تُلحق الضرر بالأنسجة الحية، فإن بعض الأسماك تحتفظ بأكسيد ثلاثي ميثيل أمين ، الذي يُساعد على مُوازنة تأثيرات اليوريا المُزعزعة لاستقرار الخلايا، وذلك للتغلب على هذه المشكلة. أما أسماك القرش، التي تتميز بتركيز أعلى قليلاً للمواد المذابة (أي أعلى من 1000 ملي أسمول، وهو تركيز المواد المذابة في مياه البحر)، فلا تشرب الماء كما تفعل أسماك المياه العذبة.

على الرغم من عدم وجود أعضاء تنظيمية أسموزية محددة في النباتات الراقية ، إلا أن الثغور مهمة في تنظيم فقدان الماء عن طريق النتح ، وعلى المستوى الخلوي ، تُعد الفجوة العصارية أساسية في تنظيم تركيز المواد المذابة في السيتوبلازم . وتزيد الرياح القوية وانخفاض الرطوبة وارتفاع درجات الحرارة من النتح من الأوراق. ويُعد حمض الأبسيسيك هرمونًا مهمًا في مساعدة النباتات على الحفاظ على الماء، إذ يُسبب إغلاق الثغور ويُحفز نمو الجذور لامتصاص المزيد من الماء.

تتشابه النباتات مع الحيوانات في صعوبة الحصول على الماء، ولكن على عكس الحيوانات، يُعدّ فقدان الماء في النباتات عاملاً حاسماً في توليد قوة دافعة لنقل العناصر الغذائية من التربة إلى الأنسجة. وقد طوّرت بعض النباتات آليات للحفاظ على الماء.

النباتات الصحراوية هي نباتات قادرة على البقاء في بيئات جافة، كالصحاري، وتتحمل فترات طويلة من نقص المياه. تخزن النباتات العصارية، كالصبار، الماء في فجوات أنسجة البرنشيم الكبيرة . وتمتلك نباتات أخرى تعديلات في أوراقها لتقليل فقدان الماء، كالأوراق الإبرية الشكل، والثغور الغائرة، والطبقة الشمعية السميكة كما في الصنوبر . أما عشب المرام الرملي، فيتميز بأوراقه الملفوفة ذات الثغور على سطحها الداخلي.

النباتات المائية هي نباتات تنمو في البيئات المائية؛ قد تكون طافية، أو مغمورة، أو بارزة، وقد تنمو في الأراضي الرطبة الموسمية (بدلاً من الدائمة). في هذه النباتات، قد يتم امتصاص الماء عبر كامل سطح النبات، مثل زنبق الماء ، أو عبر الجذور فقط، كما في نباتات السعد. لا تواجه هذه النباتات تحديات تنظيمية أسموزية كبيرة بسبب ندرة المياه ، ولكن باستثناء الأنواع المتكيفة مع الأراضي الرطبة الموسمية، فإن لديها القليل من وسائل الدفاع ضد الجفاف.

النباتات الملحية هي نباتات تعيش في تربة ذات تركيز عالٍ من الأملاح، مثل المستنقعات المالحة أو التربة القلوية في أحواض الصحاري. وتحتاج هذه النباتات إلى امتصاص الماء من هذه التربة ذات التركيز الملحي العالي، وبالتالي انخفاض الجهد المائي (الضغط الأسموزي). تتكيف النباتات الملحية مع هذا الوضع بتنشيط الأملاح في جذورها. ونتيجة لذلك، تنخفض الجهود المائية في خلايا الجذور، مما يسمح بامتصاص الماء عن طريق الخاصية الأسموزية. ويمكن تخزين الملح الزائد في الخلايا أو إفرازه من غدد ملحية على الأوراق. يساعد الملح الذي تفرزه بعض الأنواع على امتصاص بخار الماء من الهواء، والذي تمتصه خلايا الأوراق على شكل سائل. لذا، تُعد هذه طريقة أخرى للحصول على ماء إضافي من الهواء، كما هو الحال في نباتات مثل حشيشة الزنبق وحشيشة الحبل .

النباتات المتوسطة هي نباتات تعيش في المناطق المعتدلة، وتنمو في تربة جيدة الري. تستطيع هذه النباتات تعويض الماء المفقود عن طريق النتح، وذلك بامتصاص الماء من التربة. ولمنع النتح المفرط، طورت غطاءً خارجيًا مقاومًا للماء يُسمى الكيوتيكل.

تستخدم الأميبا فجوات متقلصة لجمع الفضلات الإخراجية، مثل الأمونيا ، من السائل داخل الخلايا عن طريق الانتشار والنقل النشط . فعندما يدفع الفعل الأسموزي الماء من البيئة إلى السيتوبلازم، تنتقل الفجوة إلى السطح وتضخ محتوياتها إلى البيئة.

تستجيب البكتيريا للإجهاد الأسموزي بتراكم سريع للكهارل أو المذابات العضوية الصغيرة عبر نواقل تُحفز أنشطتها بزيادة الأسمولية. وقد تُفعّل البكتيريا أيضًا جينات تُشفّر نواقل المواد الأسمولية والإنزيمات التي تُصنّع مواد واقية من الإجهاد الأسموزي. ^{[ 5 ]} يُعدّ نظام EnvZ /OmpR ثنائي المكونات ، الذي يُنظّم التعبير عن البروتينات الغشائية ، نظامًا مدروسًا جيدًا في الكائن النموذجي الإشريكية القولونية . ^{[ 6 ]}

• واسع الملوحة – مصطلح يصف الكائنات الحية القادرة على التكيف مع نطاق واسع من الملوحة 
• تحمل الملوحة - تكيف الكائنات الحية مع ظروف الملوحة العالية 
• كائن بحري متوافق أسموزيًا 
• التركيز الأسموزي – مولارية الجسيمات النشطة أسموزيًا 
• الغدة الملحية – عضو لإخراج الملح الزائد 
• الكائنات ذات الملوحة المحدودة – مصطلح يصف الكائنات الحية التي لا تستطيع تحمل نطاق واسع من الملوحة 
• ترطيب الأنسجة

• إي. سولومون، إل. بيرغ، دي. مارتن، علم الأحياء، الطبعة السادسة. دار نشر بروكس/كول. 2002