물고기의 삼투조절

세포가 저장액(hypotonic solution; 낮은 염분)에 놓이면 부풀거나 터질 수 있습니다. 한편, 염분 농도가 높은 고장액(hypertonic solutions) 안의 세포는 오그라들거나 죽을 수 있습니다. 물고기의 세포는 저장성 담수(freshwater)나 고장성 해수(seawater) 환경에서 어떻게 이러한 끔찍한 운명을 피할 수 있을까요?

물고기는 나트륨과 염화물과 같은 용해된 이온(즉, 용질; solute)의 균형을 맞추기 위해 삼투조절(osmoregulation) 전략을 사용합니다.

물을 투과할 수 있는 막으로 분리된 두 가지 용액을 상상해 보세요. 물이 양쪽 방향으로 막과 교차하지만, 더 많은 물이 용질의 농도가 높은 용액으로 흐릅니다. 이는 삼투(osmosis) 기본적인 원리입니다.

물고기는 삼투순응 또는 삼투조절을 통해 삼투 균형을 유지합니다

삼투순응형 동물(osmoconformer)은 내부 용질 농도, 즉 삼투압농도(osmolarity)를 주변 환경과 동일하게 유지합니다. 따라서 잦은 변동 없이 환경에서 번창합니다. 모든 삼투순응형 동물이 해양 동물이지만, 모든 해양 동물이 삼투순응형 동물은 아닙니다.

대부분의 물고기는 삼투조절형 동물입니다. 삼투조절형 동물은 환경과는 무관하게 내부 삼투압농도를 유지하여 변화하는 환경에 적응하고 이주(migration)를 용이하게 만듭니다.

삼투조절은 에너지가 필요합니다

삼투는 이온 농도를 균등하게 맞추려는 경향이 있습니다. 물고기는 환경 농도와 다른 이온 농도가 필요하므로 삼투 균형을 최적화하는 용질 구배(gradient)를 유지하기 위해 에너지가 필요합니다.

삼투 균형에 필요한 에너지는 내부와 외부 이온 농도 간의 차이를 포함한 여러 요인에 따라 달라집니다. 삼투압농도 차이가 최소일 때, 더 적은 에너지가 필요합니다.

대체 삼투조절 전략

해양 상어와 대부분의 연골어류(cartilaginous fish)의 체액은 TMAO를 함유하고 있습니다. TMAO는 요소(urea)를 저장하고 내부가 외부 삼투압농도를 넘게 만들어 동물이 삼투를 통해 물을 흡수할 수 있게 해줍니다.

대부분의 동물은 협염성(stenohaline)입니다. 즉, 외부의 큰 삼투압농도 변동을 견딜 수 없습니다. 연어와 같은 광염성(euryhaline) 종은 삼투조절 상태를 바꿀 수 있습니다. 연어는 담수에서 바다로 이동할 때 염분을 분비하는 세포를 키우기 위해 더 많은 코티솔(cortisol; 코르티솔; 코티졸)을 생산하는 것과 같은 생리적인 변화를 겪습니다.