Osmoregulation

Osmoregulation ist der Prozess, mit dem Organismen den Salz- und Wasserhaushalt ihres Körpers regulieren. Alle Organismen vom Einzeller bis zum Blauwal haben Strategien, um ihren Salz- und Wasserhaushalt anzupassen und aufrechtzuerhalten. Je nach Lebensform und Lebensraum können diese Strategien voneinander abweichen, sie unterliegen jedoch alle demselben grundlegenden Prinzip. Dem Prinzip der Osmose.

Osmoregulation Osmoregulation

Erstelle Lernmaterialien über Osmoregulation mit unserer kostenlosen Lern-App!

  • Sofortiger Zugriff auf Millionen von Lernmaterialien
  • Karteikarten, Notizen, Übungsprüfungen und mehr
  • Alles, was du brauchst, um bei deinen Prüfungen zu glänzen
Kostenlos anmelden
Inhaltsverzeichnis
Inhaltsangabe

    Osmoregulation – Definition

    Wasser ist der Grundbaustein des Lebens. Alle Organismen sind in hohem Maße von Wasser abhängig. Da ist es nicht verwunderlich, dass eine Regulation des Wasserhaushaltes für die meisten Organismen lebensnotwendig ist.

    Unter Osmoregulation versteht man in der Biologie Prozesse, mit denen ein Organismus seinen Wasser- und Salzhaushalt reguliert. Je nachdem, um welchen Organismus es sich handelt und in welcher Umwelt der Organismus lebt, läuft dieser Vorgang unterschiedlich ab.

    Die Osmoregulation schließt neben dem Wasserhaushalt auch die Regulation von Salzkonzentrationen ein. Das liegt daran, dass der Wasserhaushalt eng mit dem Salzhaushalt verknüpft ist. Diese Verknüpfung ist auf das Prinzip der Osmose zurückzuführen.

    Osmoregulation – Osmose

    Die Osmose beschreibt einen gerichteten Fluss von Teilchen durch eine halbdurchlässige Trennschicht. In biologischen Systemen handelt es sich vereinfacht um den Fluss von Wassermolekülen durch die semipermeable Biomembran.

    Der Fluss der Wassermoleküle liegt physikalischen Gesetzen zugrunde. Dabei wird immer ein Konzentrationsausgleich von osmotisch aktiven Teilchen zwischen den abgegrenzten Räumen angestrebt. Das Wasser strömt also vom niedriger Konzentration zum Ort hoher Konzentration.

    Osmotisch aktive Teilchen sind die Teilchen, welche an der halbdurchlässigen Trennschicht (Biomembran) zurückgehalten werden und diese nicht ohne Weiteres passieren können. In biologischen Systemen handelt es sich hierbei vorwiegend um gelöste Ionen von Salzen und Mineralien.

    Wie stark der Fluss der Teilchen ausfällt, ist von der sogenannten Osmolarität der abgegrenzten Lösungen abhängig.

    Die Osmolarität gibt die Anzahl der osmotisch aktiven Teilchen pro Volumen Lösungsmittel an. Je höher die Differenz der Osmolarität ist, desto stärker fällt die Osmose aus.

    Anhand der folgenden Abbildung soll das Prinzip der Osmose verdeutlicht werden. Dargestellt ist ein Experiment, welches damals zum Verständnis der Osmose beigetragen hat.

    Osmoregulation Osmose StudySmarterAbbildung 1: Schematische Darstellung Osmose.

    1. Die Ausgangslage sieht wie folgt aus (Darstellung 1): Ein Wasserbehälter, der durch eine semipermeable Trennschicht in zwei Kammern getrennt ist.
    2. Im nächsten Schritt werden osmotisch aktive Teilchen im Wasser gelöst (z. B. durch das Lösen eines Salzes). In Kammer 1 werden weniger Teilchen gelöst als in Kammer 2 (Darstellung 2). Wichtig! Die osmotisch aktiven Teilchen sind im Gegensatz zu den Wassermolekülen nicht in der Lage, die semipermeable Membran zu passieren. Um einen Konzentrationsausgleich zu erreichen, fließt das Wasser von Kammer 1 und Kammer 2 (Osmose: dunkelblauer Pfeil).
    3. Da die osmotisch aktiven Teilchen durch die Trennschicht zurückgehalten werden, ist ein Konzentrationsausgleich nur möglich, wenn sich die Wasservolumina der beiden Kammern unterscheiden. Die Wassermoleküle bewegen sich so lange durch die Membran, bis sich ein Konzentrationsausgleich eingestellt hat (Darstellung 3).

    Osmoregulation – Bedeutung

    Die Bedeutung der Osmose lässt sich besonders gut an einem Einzeller erläutern. Einzeller sind wie alle Zellen durch eine semipermeable Biomembran abgegrenzt und können in Bezug auf das vorgestellte Experiment als eine der Kammern betrachtet werden. Die Umgebung, in der sich der Einzeller befindet, kann als zweite Kammer interpretiert werden.

    Je nachdem, in welchem Verhältnis die Konzentration der osmotisch aktiven Teilchen im Umfeld zum Inneren des Einzellers steht, unterscheidet man zwischen einem isotonischen, hypertonischen oder hypotonischen Milieu.

    Osmoregulation Osmoregulation Einzeller StudySmarterAbbildung 2: Osmose bei Einzellern.

    1. Hypertonisches Milieu (hyperosmotisch): die Konzentration an osmotisch aktiven Teilchen in der Umgebung ist höher als innerhalb des Einzellers.
    2. Hypotonisches Milieu (hypoosomotisch): die Konzentration an osmotisch aktiven Teilchen in der Umgebung ist niedriger als innerhalb des Einzellers.
    3. Isotonisches Milieu (isoosotisch): die Konzentration der osmotisch aktiven Teilchen in der Umgebung entspricht der innerhalb des Einzellers.

    Aufgrund der Osmose und dem angestrebten Konzentrationsausgleich ergeben sich für die verschiedenen Szenarien unterschiedliche Probleme für den Einzeller. In einer hypertonischen Umgebung strömen Wassermoleküle aus der Zelle heraus und der Einzeller hat mit einem Wasserverlust zu kämpfen.

    Befindet sich der Einzeller in einem hypertonischen Milieu, strömt Wasser aufgrund der Osmose in die Zelle hinein. Ein zu großer Wassereinstrom kann dazu führen, dass die Zelle platzt.

    In einer isotonischen Umgebung steht der osmotische Wasserausstrom und Wassereinstrom im Gleichgewicht. Eine Osmoregulation ist nicht zwingend notwendig.

    Ein Beispiel aus dem Alltag

    Vielleicht konntest Du schon mal beobachten, wie reife Kirschen am Baum ohne Fremdeinwirkung abgeplatzt sind.

    Für das Aufplatzen der Kirschen ist Regen verantwortlich. Das Innere der Kirschen ist aufgrund von gelösten Zuckermolekülen hypertonisch gegenüber dem Regen. So können Regentropfen auf den Kirschen dazu führen, dass Wasser in die Zellen der Kirschen eintritt. Da die Zellen der Kirschen nur begrenzt Wasser aufnehmen können, platzen die Kirsche bei zu großem Wassereinfluss. Das hypotonische Milieu der Regentropfen hat dazu geführt, dass die Zellen platzen.

    Osmoregulation – Beispiele & Strategien

    Um einen zu starken Wasserverlust bzw. eine zu starke Wasseraufnahme der Zellen zu verhindern, haben Organismen verschiedene Strategien entwickelt, ihren Wasserhaushalt zu regulieren.

    Grundlegend unterscheidet an zwischen zwei Strategien der Osmoregulation. Hierbei handelt es sich um die sogenannten Osmokonformer und die Osmoregulierer.

    Osmokonformer passen die Konzentration von gelösten Stoffen (Osmolarität) in körpereigenen Gewebe an die Konzentration ihrer Umwelt an. Osmokonformer sind isotonisch zu ihrer Umwelt und müssen ihren Wasserhaushalt nicht aktiv regulieren.

    Typische Osmokonformer sind Wirbellose marine Tiere wie Oktopusse und Würmer. Die meisten Wirbeltiere hingegen sind Osmoregulierer.

    Das Innere der Osmoregulierer hat eine andere Osmolarität als die Umwelt in der sie leben. Durch aktive Regulation verhindern sie eine zu hohe Wasseraufnahme oder einen zu hohen Wasserverlust.

    Osmoregulation Beispiele – Einzeller

    Bei Einzellern entspricht eine einzelne Zelle dem vollständigen Organismus. Die Osmoregulation ist weniger komplex, aber dennoch von großer Bedeutung. Je nachdem, ob Einzeller im Meerwasser oder im Süßwasser vorkommen, unterscheiden sich die Strategien der Osmoregulation.

    Einzeller im Meerwasser

    Einzeller im Meerwasser sind Osmokonformer. Die Einzeller sind immer isoosmotisch zum Meerwasser. Sie regulieren zwar ihren Ionenhaushalt, um die Ionenverhältnisse im Inneren stabil zuhalten, eine zusätzliche Regulation der Wasseraufnahme bzw. -abgabe ist jedoch nicht nötig.

    Einzeller im Süßwasser

    Einzeller im Süßwasser sind immer hyperosmotisch zu ihrem Umfeld. Sie haben mit einem osmotischen Wassereinstrom zu kämpfen. Eindringendes Wasser muss ausgeschieden werden. Hierbei nutzen Einzeller spezialisierte Organellen wie kontraktile Vakuolen.

    Kontraktile Vakuolen sind Organellen, welche osmotisch eingedrungenes Wasser aus der Zelle transportieren. Kontraktile Vakuolen pulsieren rhythmisch, wobei es immer wieder zur Verschmelzung zwischen Vakuole und Zellmembran kommt. So wird eine Entleerung der Vakuole gewährleistet.

    Ionenhaushalt

    Neben osmotischen Wassereinstrom haben Organismen im Süßwasser mit einem Salzionenverlust durch Diffusion zu kämpfen. Da die Salzkonzentration im Süßwasser geringer als innerhalb der Zelle ist, diffundieren Salzionen durch die Zellmembran oder aus der Zelle oder dem Epithel hinaus.

    Diese passive Diffusion der Salzionen muss durch aktive Aufnahme (aktiver Transport) von Salzionen kompensiert werden. Einzeller im Süßwasser betreiben daher Osmoregulation und Ionenregulation. Im Meerwasser hingegen diffundieren Salzionen in den Organismus und müssen aktiv abgegeben werden.

    Osmoregulation Beispiele – Osmoregulation bei Meerwasserfischen und Süßwasserfischen

    Der Großteil der Fische gehört zu den Osmoregulierer. Die Strategien zur Regulation im Meerwasser und Süßwasser stehen sich gegenüber.

    Meerwasser Fische

    Marine Fische sind einem hohen Salzgehalt in ihrer Umwelt ausgesetzt. Sie leben in einem hyperosmotischen Milieu und müssen daher mit einem Wasserverlust an ihren Grenzflächen (z. B. Kiemen und Haut) und eine erhöhte Aufnahme an Salzionen umgehen.

    • Marine Fische trinken große Mengen an Meerwasser, aber scheiden nur geringe Mengen an stark konzentrierten Harn aus.
    • Marine Fische gleichen die übermäßige Salzaufnahme durch Abgabe (aktive Transport) von Salzionen an den Kiemen und durch den Harn aus.
    Osmoregulation Osmoregulation Fische marine FischeAbbildung 3: Osmoregulation von marinen Fischen.

    Süßwasserfische

    Süßwasserfische sind immer hyperosmotisch gegenüber ihrer Umwelt. Daher dringt Wasser aus osmotischen Gründen in den Fisch ein. Weiterhin verlieren Süßwasserfische Salzionen (vorwiegend Natriumchlorid) an ihre Umgebung.

    • Süßwasserfische trinken nicht. Um überschüssiges Wasser loszuwerden, muss die Abgabe von großen Mengen stark verdünnten Harns erfolgen.
    • Süßwasserfische müssen Salzionen aus ihrer Umgebung aufnehmen (aktiver Transport).

    Einige im Süßwasser lebende Arten scheiden eine Urinmenge pro Tag aus, welche ihrem eigenen Körpergewicht entspricht. Zum Vergleich: Mensch scheiden 2 - 2,5 % ihres Körpergewichts an Urin aus.

    Osmoregulation Osmoregulation Fische Süßwasserfische Abbildung 4: Osmoregulation bei Süßwasserfischen.

    Osmoregulation der Knorpelfische

    Die Knorpelfische sind neben den Knochenfischen die zweite große Klasse der Fische. Sie beinhalten die Rochen, Haie und Seekatzen und leben in der Regel im Ozean.

    Im Gegensatz zu Knochenfischen scheiden marine Knorpelfische Harnstoff aus. Sie reichern Harnstoff und Trimethylaminoxid (TMAO) in ihrem Blut an. Das ermöglicht ihnen, ihre innere Konzentration osmotisch aktiver Stoffen an das salzige Milieu des Meeres anzupassen. Knorpelfische sind dadurch nahezu isotonisch zum äußeren Milieu, wodurch eine zusätzliche aktive Regulierung des Wasserhaushaltes nicht nötig ist. Knorpelfische zählen daher zu den sogenannten Harnstoff-Osmokonformern.

    Trimethylaminoxid verhindert die Denaturierung von Proteinen durch Harnstoff, wodurch höhere Harnstoffkonzentrationen im Körper angereichert werden können.

    Osmoregulation Beispiele – Mensch

    Die Osmoregulation bei Menschen dient wie bei anderen Tieren dazu, ein stabiles inneres Milieu aufrechtzuerhalten. So werden Gewebe und Organe von Schwankungen der Außenwelt abgeschirmt und deren Funktionalität wird gewährleistet.

    Die Auswirkungen einer fehlerhaften Osmoregulation können erheblichen Schaden an Zellen verursachen. So kann beispielsweise eine zu niedrige Osmolarität im Blutplasma dazu führen, dass die roten Blutkörperchen schwellen und aufgrund osmotischen Wassereinfluss platzen.

    Die Nieren spielen eine große Rolle bei der Osmoregulation von Menschen. Vereinfacht wird in den Nieren fehlendes Wasser aus Flüssigkeiten resorbiert oder überschüssiges Wasser mit dem Urin ausgeschieden. Den grundsätzlichen Wasserbedarf decken Menschen durch Trinken. Eine fehlende Wasseraufnahme kann schnell zu erheblichen Schaden im Körper führen und führt innerhalb weniger Tage zum Tot.

    Es ist Sommer, Du hast Dich viel bewegt und geschwitzt. Beim folgenden Gang zur Toilette bemerkst Du, dass Dein Urin stark konzentriert und gelb ist. Ein erstes Anzeichen für Dehydration. Aufgrund der Wärme, Bewegung und der resultierenden Transpiration hat Dein Körper einiges an Wasser abgegeben. Um einen weiteren Verlust von Wasser zu minimieren, produzieren Deine Nieren einen konzentrierten Harn und resorbieren möglichst viel Wasser.

    Anders sieht es aus, wenn Du besonders viel Wasser zu Dir nimmst. Das Resultat ist die Abgabe größerer Mengen Urins, welcher deutlich verdünnt und daher heller gefärbt ist.

    Osmoregulation Beispiele – Pflanzen

    Auch Pflanzen sind in der Lage auf Wasserüberschuss beziehungsweise Wasserknappheit zu reagieren. In der Regel müssen Pflanzen Wasser aufnehmen, um einen Verlust zu kompensieren. Hierbei verlieren Pflanzen hauptsächlich Wasser durch Verdunstung über die Blattoberfläche. Sogenannte Spaltöffnungen in den Blättern, welche zur Aufnahme von CO₂ benötigt werden, begünstigen die Verdunstung.

    Pflanzen haben Anpassungen hervorgebracht, welche die Verdunstungen minimieren. Hierzu gehören spezielle Blattformen (z. B. Nadelblätter), Anordnung der Spaltöffnungen (z. B. Unterseite der Blätter) sowie verdickte Zellschichten. Andere Pflanzen haben Strategien entwickelt, Wasser zu speichern, wenn ausreichend davon zur Verfügung steht (z. B. Kakteen).

    Regulation durch Pflanzenzellen

    In der Regel besitzen höhere Pflanzen keine speziellen Organe oder Organellen zur Osmoregulation. Die Zellwand der Pflanzenzellen schützt die Zelle bei einem hypoosmotischen Umwelt davor zu zerplatzen, wodurch Pflanzenzellen größere osmotische Schwankungen tolerieren können. Weiterhin nutzen Pflanzenzellen ihre Vakuolen, um den Ionenhaushalt und Wasserhaushalt im Cytoplasma zu regulieren und so ggf. ihr Osmolarität im Inneren anzupassen.

    Osmoregulation – Niere

    Die Nieren sind die wichtigsten Organe der Osmoregulation bei Wirbeltieren. Denn neben der Filtration des Blutes und der Entsorgung von Giftstoffen wie Medikament- und Drogenrückständen, sind sie maßgeblich an der Regulation des Wasser- und Ionenhaushaltes beteiligt.

    Wie Du bereits gelernt hast, ist die Ausscheidung eines konzentrierten bzw. verdünnten Harns notwendig, um eine übermäßige Wasserzufuhr oder einen übermäßigen Wasserverlust auszugleichen. Weiterhin spielt die Resorption von Wasser eine wichtige Rolle, wenn es darum geht, den Wasserverlust zu minimieren.

    Wie die Nieren aufgebaut sind und auf welche Weise die Harnbildung stattfindet, erfährst Du in den entsprechenden Erklärungen auf der StudySmarter Plattform.

    Regulation der Nierenfunktion

    Bei Wirbeltieren, einschließlich des Menschen, wird der Wasserhaushalt von sogenannten Osmorezeptoren im Gehirn und über Hormone reguliert. Um eine Dehydration zu vermeiden, kommt es bei zu hohen Wasserverlust zur Aufschüttung spezieller Hormone (ADH und Aldosteron). Beide Hormone steigern eine Resorption von Wasser aus dem Nierenfiltrat. Weiterhin äußert sich die Hormonausschüttung in einem gesteigertem Durstgefühl.

    Osmoregulation – Das Wichtigste auf einen Blick

    • Unter Osmoregulation versteht man in der Biologie Prozesse, mit denen ein Organismus seinen Wasser- und Salzhaushalt reguliert. Je nachdem, um welchen Organismus es sich handelt und in welcher Umwelt der Organismus lebt, läuft dieser Vorgang unterschiedlich ab.
    • Osmokonformer passen die Konzentration von gelösten Stoffen (Osmolarität) in körpereigenen Gewebe an die Konzentration ihrer Umwelt an. Osmokonformer sind isotonisch zu ihrer Umwelt und müssen ihren Wasserhaushalt nicht aktiv regulieren.
    • Das Innere der Osmoregulierer hat eine andere Osmolarität als die Umwelt in der sie leben. Durch aktive Regulation verhindern sie eine zu hohe Wasseraufnahme und einen zu hohen Wasserverlust.
    • Marine Fische leben in einem hyperosmotischen Milieu und müssen daher mit einem Wasserverlust an ihren Grenzflächen (z. B. Kiemen und Haut) und eine erhöhte Aufnahme an Salzionen umgehen.
      • Marine Fische trinken große Mengen an Meerwasser, aber scheiden nur geringe Mengen an stark konzentrierten Harn aus.
      • Marine Fische gleichen die übermäßige Salzaufnahme durch Abgabe (aktive Transport) von Salzionen an den Kiemen und durch den Harn aus.
    • Süßwasserfische sind immer hyperosmotisch gegenüber ihrer Umwelt. Daher dringt Wasser aus osmotischen Gründen in den Fisch ein. Weiterhin verlieren Süßwasserfische Salzionen (vorwiegend Natriumchlorid) an ihre Umgebung.
      • Süßwasserfische trinken nicht. Um überschüssiges Wasser loszuwerden, muss die Abgabe von großen Mengen stark verdünnten Harns erfolgen.
      • Süßwasserfische müssen Salzionen aus ihrer Umgebung aufnehmen (aktiver Transport).

    Nachweise

    1. Boenigk (2022). Boenigk Biologie. Springer.
    2. Christian et. al (2012). Grüne Reihe, Soffwechselphysiologie. Schroedel.
    Osmoregulation Osmoregulation
    Lerne mit 18 Osmoregulation Karteikarten in der kostenlosen StudySmarter App

    Wir haben 14,000 Karteikarten über dynamische Landschaften.

    Mit E-Mail registrieren

    Du hast bereits ein Konto? Anmelden

    Häufig gestellte Fragen zum Thema Osmoregulation

    Was ist Osmose leicht erklärt?

    In biologischen Systemen handelt es sich vereinfacht um den Fluss von Wassermolekülen durch die semipermeable Biomembran. Dieser wird durch eine Ungleichverteilung (Konzentrationsunterschied) von osmotisch aktiver Teilchen angetrieben. Osmotisch aktive Teilchen können die semipermeable Membran nicht passieren. Daher strömt das Wasser von Ort niedriger Konzentration zum Ort hoher Konzentration, bis ein Konzentrationsausgleich erreicht ist.

    Warum müssen Tiere und Menschen zur Osmoregulation fähig sein?

    Ohne eine funktionierende Osmoregulation würde das Gleichgewicht im Wasser- und Salzhaushalt kippen. Bei übermäßigen Einstrom bzw. Entzug von Wasser können Zellen und der Organismus erheblichen Schaden davon tragen. Des Weiteren ist in konstanten inneres Milieu entscheidend, um die Funktionalität von Geweben und Organen aufrechtzuerhalten.

    Wer betreibt Osmoregulation?

    Alle Organismen betreiben auf den ein oder anderen Weg Osmoregulation. Alle Lebewesen sind in hohen Maße vom Wasser abhängig. Daher ist es nicht verwunderlich, dass alle Lebewesen ihren Wasserhaushalt regulieren und somit Osmoregulation betreiben.

    Was sind Osmoregulierer?

    Das Innere der Osmoregulierer hat eine andere Osmolarität als die Umwelt in der sie leben. Durch aktive Regulation verhindern sie eine zu hohe Wasseraufnahme beziehungsweise einen zu hohen Wasserverlust. Ein Großteil der Wirbeltiere (ausgenommen Knorpelfische) sind Osmoregulierer.

    1
    Über StudySmarter

    StudySmarter ist ein weltweit anerkanntes Bildungstechnologie-Unternehmen, das eine ganzheitliche Lernplattform für Schüler und Studenten aller Altersstufen und Bildungsniveaus bietet. Unsere Plattform unterstützt das Lernen in einer breiten Palette von Fächern, einschließlich MINT, Sozialwissenschaften und Sprachen, und hilft den Schülern auch, weltweit verschiedene Tests und Prüfungen wie GCSE, A Level, SAT, ACT, Abitur und mehr erfolgreich zu meistern. Wir bieten eine umfangreiche Bibliothek von Lernmaterialien, einschließlich interaktiver Karteikarten, umfassender Lehrbuchlösungen und detaillierter Erklärungen. Die fortschrittliche Technologie und Werkzeuge, die wir zur Verfügung stellen, helfen Schülern, ihre eigenen Lernmaterialien zu erstellen. Die Inhalte von StudySmarter sind nicht nur von Experten geprüft, sondern werden auch regelmäßig aktualisiert, um Genauigkeit und Relevanz zu gewährleisten.

    Erfahre mehr
    StudySmarter Redaktionsteam

    Team Osmoregulation Lehrer

    • 13 Minuten Lesezeit
    • Geprüft vom StudySmarter Redaktionsteam
    Erklärung speichern

    Lerne jederzeit. Lerne überall. Auf allen Geräten.

    Kostenfrei loslegen

    Melde dich an für Notizen & Bearbeitung. 100% for free.

    Schließ dich über 22 Millionen Schülern und Studierenden an und lerne mit unserer StudySmarter App!

    Die erste Lern-App, die wirklich alles bietet, was du brauchst, um deine Prüfungen an einem Ort zu meistern.

    • Karteikarten & Quizze
    • KI-Lernassistent
    • Lernplaner
    • Probeklausuren
    • Intelligente Notizen
    Schließ dich über 22 Millionen Schülern und Studierenden an und lerne mit unserer StudySmarter App!