Hallo,
Osmose, osmotischer Druck und Osmoregulation
Was ist eigentlich Osmose?
Mit Osmose bezeichnet man den Konzentrationsausgleich zweier wässrider Lösungen durch einseitige Wanderung (Diffusion) von Wasser durch eine n+r für diese durchlässige Membran. Da diese halbdurchlässige (semipermeable) Membran nur von Wassermolekülen, nicht aber von den im Wasser gelösten Salzen passiert werden kann, kann ein Konzentrsationsausgleich also nur durch Diffusion von Wassermolekülen durch die Membran stattfinden, wobei sich die Wassermoleküle von der geringer konzentrierten zur stärker konzentrierten Flüssigkeit bewegen. Ist die Flüssigkeit geringer konzentriert als im umgebenden Medium, so ist sie hypotonisch, ist sie höher konzentriert, bezeichnet man es als hypertonisch und sind beide gleich stark konzentriert, so sind sie isotonisch. Je größer das Konzentrationsgefälle zwischen den beiden Flüssigkeiten, desto mehr Wasser diffundiert zeitgleich durch die Membran und übt dadurch eine Kraft auf diese aus. Diese Kraft bezeichnet man als osmotischen Druck.
Der osmotische Druck als physikalische Größe ist lediglich von der Konzentration der Teilchen, nicht aber deren Art und Zusammensetzung abhängig. Bei gleich stark konzentrierten Lösungen von Salz und Zucker wird kein makroskopisch bemerkrbarer Strom durch eine sue trennende, semipermeable Membran stattfinden. Beim Süßwasserfisch bedeutet dies, dass der osmotische Druck lediglich durch die Konzentrationsdifferenz zwischen Körperflüssigkeit und Wasser, nicht aber deren unterschiedlicher Teilchenzusammensetzung bestimmt wird. Diese beiden, durch eine Membran getrennten unterschiedlich konzentrierten Flüssigekeiten finrt man auch bei einem Laichkorn wieder. Fischkörper und besonders Laichkörner sind physikalisch betrachtet durch eine semipermeable Membran getrennte Salzlösungen.
Osmotischer Druck bei Fischen
Die Körperflüssigkeit von Süßwasserfischen entspricht etwa einer physiologischen Kochsalzlösung (0,9 % NaCl) oder 150 mmol/l (Millimol pro Liter) NaCl. Diese weist eine Leitfähigkeit von etwa 16000 µS/cm und eine osmotisch wirkende Teilchendichte (Osmolarität) von etwa 300 mOsmol/l, oft etwas niedriger (Carassius auratus auratus mOsmol/l, ), auf. Die Osmolarität in Leitungswasser mit 5 °dGH liegt im Schnitt bei etwa 4 mOsm/l, bei 20°dGH sind es etwa 12 mOsm/l. 1°dGH entsprechen demnach etwa einer Osmolarität von 0,6 mOsm/l, 50 µS/cm entsprechen etwa 1 mOsmol/l. Natürlich sind das nur Näherungswerte, die im Einzelfall abweichen können, genauere Angaben dazu unter Osmolarität von Leitungswasser berechnen. Süßwasser müsste also, bei durchschnittlicher prozentualer Zusammensetzung, etwa 200° dGH aufweisen, um die selbe Osmolarität wie das Blutplasma der Fische aufzuweisen. Der pH-Wert hat entgegen der häufigen Annahme, kaum Auswirkung auf die Osmolarität.
Süßwasserfische haben in ihrer Körperflüssigkeit immer eine höhere Teilchenkonzentration, als sie im umgebenden Wasser vorliegt, sie sind immer hyperton. Demnach strömt insbesondere über die dünnen Haut von Maul und Kiemen, zu geringen Teilen auch über die Haut unter den Schuppen, ständig unkontrolliert Wasser in ihren Körper, welches sie unter Energieaufwand wieder ausscheiden müssen. Sowohl in hartem als auch in weichem Wasser, die Unterschiede sind selbst in extremen Wässern vergleichsweise gering.
Osmoregulation bei Fischen
Wasserbewohnende Organismen verfügen über Mechanismen, um den Salz und Wasserhaushalt ihres Körperinneren zu regulieren. Paramecien (Pantoffeltierchen) und andere Einzeller stoßen beispielsweise überschüssiges Wasser mit hilfe einer kontraktilen Vakuole aus. Durch Ausdehnen der Vakuole pressen sie überschüssiges, eingedrungenes Wasser nach außen durch die Zellwand, die im Cytoplama enthaltenen Ionen und komplexere Moleküle bleiben im Inneren Zuück. Das Pantoffeltierchen hat also quasi eine winzig kleine Umkehrosmoseanlage.
Bei Knochenfischen (Teleostiern) sind insbesondere die Ionocyten oder Chloridzellen, welche sich auf den Kiemenplättchen und im gesamten Kiemen- und Schlundbereich befinden sowie die Niere als Osmoregulationsorgane zu nennen. während die Ionocyten Chlorid und Natrium-Ionen aus dem Wasser aufnehmen, besteht die Aufgabe der Niere vor allem darin, physiologisch wertvolle Ionen aus dem Harn zurück zu gewinnen und überschüssige Salze auszusondern sowie das passiv aufgenommene, überschüssige Wasser wieder aus dem Körper zu transportieren. Für jedes aus dem Wasser aufgenommne Chlorid-Ion wird ein Hydrogencarbonat-Ion abgegeben.
Fische, welche in härteres und damit meist auch chlorid- und natrium-reicheres Wasser gesetzt werden, reduzieren die Zahl der Chloridzellen (Ionocyten). Schließlich benötigen sie durch die höhere Konzentration im Wasser weniger dieser spezialiserten Zellen, um ihren Bedarf zu decken, was energetisch günstiger ist. Ebenso sinkt das Konzentrationsgefälle zwischen Körperflüssigkeit und umgebendem Wasser, der osmotische Druck sinkt. Es strömt weniger Wasser in den Fischkörper, welches wieder ausgeschieden werden muss. Im Gegensatz zu mancher Behauptung nehmen die Fische in hartem Wasser nicht mehr Salze durch das in den Körper strömende Wasser auf, dies widerspricht schließlich dem Prinzip der Osmose. Auch das Verkalken der Kiemen ist wohl eher eine einfache, plakative Darstellung, um komplexe Sachargumente zu vermeiden als Tatsache. Dass Fische ihre Körperflüssigkeit dem umgebenden Wasser anpassen (müssen) ist ebenfalls ein verbreiteter Irrtum. Wäre dies der Fall, könnten die Tiere beispielsweise weder ein Skelett bilden noch Nervenreize haben.
Marine Knochenfische haben eine nur geringfügig höhere Osmolarität im Blutplasma, knapp über 300 mOsmol/l. Meerwasser dagegen ist mit etwa 1200 mOsmol/l gut viermal so hoch konzentriert. Meeresfische verlieren also ständig Wasser an das umgebense Seewasser. Dieser Verlust wird ausgeglichen, indem sie Meerwasser über die Kiemen "trinken" und es hier soweit mit Hilfe der Chloridzellen wieder entsalzen, dass es mit ihrem Blutplama isoton ist.
Elasmobranchier, also Haie, Chimären und Rochen reichern ihr Blut mit Harstoff an, das sie aus dem Eiweißstoffwechsel gewinnen. Sie scheiden daher auch kein Ammoniak über die Kiemen aus. Durch den Harnstoff
erreichen die Tiere so iso- bis leicht hyperosmotische Verhältnisse zwischen Blutplasma und Meerwasser. Überschüssiges Salz wird über eine spezielles Organ, die Rektaldrüse ausgeschieden.
Das physikalische Phänomen osmotischer Druck und seine Änderung bei unterschiedlichen Wässern scheint also nicht die Relevanz zu besitzen, die ihm angedichtet wird. Zumal sich die Sachlage tatsächlich genau umgekehrt verhält, wie sie oft dargestellt wird. Der osmotische Druck ist in härterem Wasser niedriger als in weichem, da das Konzentrationsgefälle zwischen Blutplasma des Fisches und umgebendem Wasser sinkt.
Gruß,
Dennis
Osmose, osmotischer Druck und Osmoregulation
Was ist eigentlich Osmose?
Mit Osmose bezeichnet man den Konzentrationsausgleich zweier wässrider Lösungen durch einseitige Wanderung (Diffusion) von Wasser durch eine n+r für diese durchlässige Membran. Da diese halbdurchlässige (semipermeable) Membran nur von Wassermolekülen, nicht aber von den im Wasser gelösten Salzen passiert werden kann, kann ein Konzentrsationsausgleich also nur durch Diffusion von Wassermolekülen durch die Membran stattfinden, wobei sich die Wassermoleküle von der geringer konzentrierten zur stärker konzentrierten Flüssigkeit bewegen. Ist die Flüssigkeit geringer konzentriert als im umgebenden Medium, so ist sie hypotonisch, ist sie höher konzentriert, bezeichnet man es als hypertonisch und sind beide gleich stark konzentriert, so sind sie isotonisch. Je größer das Konzentrationsgefälle zwischen den beiden Flüssigkeiten, desto mehr Wasser diffundiert zeitgleich durch die Membran und übt dadurch eine Kraft auf diese aus. Diese Kraft bezeichnet man als osmotischen Druck.
Der osmotische Druck als physikalische Größe ist lediglich von der Konzentration der Teilchen, nicht aber deren Art und Zusammensetzung abhängig. Bei gleich stark konzentrierten Lösungen von Salz und Zucker wird kein makroskopisch bemerkrbarer Strom durch eine sue trennende, semipermeable Membran stattfinden. Beim Süßwasserfisch bedeutet dies, dass der osmotische Druck lediglich durch die Konzentrationsdifferenz zwischen Körperflüssigkeit und Wasser, nicht aber deren unterschiedlicher Teilchenzusammensetzung bestimmt wird. Diese beiden, durch eine Membran getrennten unterschiedlich konzentrierten Flüssigekeiten finrt man auch bei einem Laichkorn wieder. Fischkörper und besonders Laichkörner sind physikalisch betrachtet durch eine semipermeable Membran getrennte Salzlösungen.
Osmotischer Druck bei Fischen
Die Körperflüssigkeit von Süßwasserfischen entspricht etwa einer physiologischen Kochsalzlösung (0,9 % NaCl) oder 150 mmol/l (Millimol pro Liter) NaCl. Diese weist eine Leitfähigkeit von etwa 16000 µS/cm und eine osmotisch wirkende Teilchendichte (Osmolarität) von etwa 300 mOsmol/l, oft etwas niedriger (Carassius auratus auratus mOsmol/l, ), auf. Die Osmolarität in Leitungswasser mit 5 °dGH liegt im Schnitt bei etwa 4 mOsm/l, bei 20°dGH sind es etwa 12 mOsm/l. 1°dGH entsprechen demnach etwa einer Osmolarität von 0,6 mOsm/l, 50 µS/cm entsprechen etwa 1 mOsmol/l. Natürlich sind das nur Näherungswerte, die im Einzelfall abweichen können, genauere Angaben dazu unter Osmolarität von Leitungswasser berechnen. Süßwasser müsste also, bei durchschnittlicher prozentualer Zusammensetzung, etwa 200° dGH aufweisen, um die selbe Osmolarität wie das Blutplasma der Fische aufzuweisen. Der pH-Wert hat entgegen der häufigen Annahme, kaum Auswirkung auf die Osmolarität.
Süßwasserfische haben in ihrer Körperflüssigkeit immer eine höhere Teilchenkonzentration, als sie im umgebenden Wasser vorliegt, sie sind immer hyperton. Demnach strömt insbesondere über die dünnen Haut von Maul und Kiemen, zu geringen Teilen auch über die Haut unter den Schuppen, ständig unkontrolliert Wasser in ihren Körper, welches sie unter Energieaufwand wieder ausscheiden müssen. Sowohl in hartem als auch in weichem Wasser, die Unterschiede sind selbst in extremen Wässern vergleichsweise gering.
Osmoregulation bei Fischen
Wasserbewohnende Organismen verfügen über Mechanismen, um den Salz und Wasserhaushalt ihres Körperinneren zu regulieren. Paramecien (Pantoffeltierchen) und andere Einzeller stoßen beispielsweise überschüssiges Wasser mit hilfe einer kontraktilen Vakuole aus. Durch Ausdehnen der Vakuole pressen sie überschüssiges, eingedrungenes Wasser nach außen durch die Zellwand, die im Cytoplama enthaltenen Ionen und komplexere Moleküle bleiben im Inneren Zuück. Das Pantoffeltierchen hat also quasi eine winzig kleine Umkehrosmoseanlage.
Bei Knochenfischen (Teleostiern) sind insbesondere die Ionocyten oder Chloridzellen, welche sich auf den Kiemenplättchen und im gesamten Kiemen- und Schlundbereich befinden sowie die Niere als Osmoregulationsorgane zu nennen. während die Ionocyten Chlorid und Natrium-Ionen aus dem Wasser aufnehmen, besteht die Aufgabe der Niere vor allem darin, physiologisch wertvolle Ionen aus dem Harn zurück zu gewinnen und überschüssige Salze auszusondern sowie das passiv aufgenommene, überschüssige Wasser wieder aus dem Körper zu transportieren. Für jedes aus dem Wasser aufgenommne Chlorid-Ion wird ein Hydrogencarbonat-Ion abgegeben.
Fische, welche in härteres und damit meist auch chlorid- und natrium-reicheres Wasser gesetzt werden, reduzieren die Zahl der Chloridzellen (Ionocyten). Schließlich benötigen sie durch die höhere Konzentration im Wasser weniger dieser spezialiserten Zellen, um ihren Bedarf zu decken, was energetisch günstiger ist. Ebenso sinkt das Konzentrationsgefälle zwischen Körperflüssigkeit und umgebendem Wasser, der osmotische Druck sinkt. Es strömt weniger Wasser in den Fischkörper, welches wieder ausgeschieden werden muss. Im Gegensatz zu mancher Behauptung nehmen die Fische in hartem Wasser nicht mehr Salze durch das in den Körper strömende Wasser auf, dies widerspricht schließlich dem Prinzip der Osmose. Auch das Verkalken der Kiemen ist wohl eher eine einfache, plakative Darstellung, um komplexe Sachargumente zu vermeiden als Tatsache. Dass Fische ihre Körperflüssigkeit dem umgebenden Wasser anpassen (müssen) ist ebenfalls ein verbreiteter Irrtum. Wäre dies der Fall, könnten die Tiere beispielsweise weder ein Skelett bilden noch Nervenreize haben.
Marine Knochenfische haben eine nur geringfügig höhere Osmolarität im Blutplasma, knapp über 300 mOsmol/l. Meerwasser dagegen ist mit etwa 1200 mOsmol/l gut viermal so hoch konzentriert. Meeresfische verlieren also ständig Wasser an das umgebense Seewasser. Dieser Verlust wird ausgeglichen, indem sie Meerwasser über die Kiemen "trinken" und es hier soweit mit Hilfe der Chloridzellen wieder entsalzen, dass es mit ihrem Blutplama isoton ist.
Elasmobranchier, also Haie, Chimären und Rochen reichern ihr Blut mit Harstoff an, das sie aus dem Eiweißstoffwechsel gewinnen. Sie scheiden daher auch kein Ammoniak über die Kiemen aus. Durch den Harnstoff
erreichen die Tiere so iso- bis leicht hyperosmotische Verhältnisse zwischen Blutplasma und Meerwasser. Überschüssiges Salz wird über eine spezielles Organ, die Rektaldrüse ausgeschieden.
Das physikalische Phänomen osmotischer Druck und seine Änderung bei unterschiedlichen Wässern scheint also nicht die Relevanz zu besitzen, die ihm angedichtet wird. Zumal sich die Sachlage tatsächlich genau umgekehrt verhält, wie sie oft dargestellt wird. Der osmotische Druck ist in härterem Wasser niedriger als in weichem, da das Konzentrationsgefälle zwischen Blutplasma des Fisches und umgebendem Wasser sinkt.
Gruß,
Dennis