Die Salinität
Die Salinität eines Gewässers gibt den Salzgehalt an. Salze sind positiv geladene Verbindungen (Kationen) und negativ geladene Verbindungen (Anionen). Salzwasser besteht hauptsächlich aus Chlorid- und Natriumionen. Im Süßwasser ist die Menge an Chlorid- und Natriumionen deutlich geringer. Andere im Wasser gelöste Salze sind Sulfat, Magnesium, Calcium, Kalium, Hydrogencarbonat, Bromid, Borat und Strontium. Auch Nitrat, Phosphat, Ammonium und Eisen sind Salze, die im Wasser gelöst sind.
In der Aquaristik redet man allerdings häufig von der Gesamthärte. Die Gesamthärte gibt die Menge der Erdalkalimetalle an. Hierzu gehören die Salze Magnesium, Calcium, Barium, Beryllium und Strontium.
Besonders Magnesium und Calcium sind im Süßwasser als Erdalkalimetalle vorhanden. Fische und andere Organismen nutzen diese Spurenelemente. Fische bauen mithilfe von Calcium ihre Knochen auf. Schnecken benötigen Calcium für ihr Schneckenhaus aus Kalk.
Die Gesamthärte spielt eine Rolle für die Karbonathärte. Die Magnesium- und Calciumionen verbinden sich mit den Hydrogencarbonat-Ionen. Die Karbonathärte kann größer als die Gesamthärte sein, da auch andere Ionen eine Verbindung mit HCO3- eingehen können, wie beispielsweise Natrium.
Die Leitfähigkeit
Wasser kann Strom gut leiten. Dies hängt jedoch davon ab, wie viele Ionen (Anionen und Kationen) sich darin befinden. Mit der Leitfähigkeit kann man die Menge an gelösten Salzen bestimmen. Die Leitfähigkeit zeigt einem sehr schnell an, ob ein Aquarium mineralstoffreich oder mineralstoffarm ist, denn die Mineralsalze (Nitrat, Phosphat, etc.) überwiegen in einem Süßwasseraquarium.
Die Osmoregulation
Im Meerwasser befinden sich mehr Na+ und Cl- Ionen, als im Fischkörper. Das Umgebungsmedium Wasser ist also hyperosmotisch, während der Fischkörper hypoosmotisch ist. Durch das Konzentrationsgefälle diffundieren Natrium- und Chloridionen in den Fischkörper. Zugleich diffundiert Wasser aus dem Fisch. Marine Fische neigen also dazu auszutrocknen. Um der Diffusion entgegenzuwirken haben diese Tiere mehrere Methoden entwickelt.Marine Fische trinken, nehmen also Wasser sowie Ionen auf. Marine Fische produzieren nur wenig Harn, um nicht zusätzlich Wasser zu verlieren.
Die Kiemen der Fische dienen nicht nur zum Gasaustausch (Atmung), sondern sind auch für die Osmoregulation und die Regulation des Säure-Base-Haushalts wichtig.
Kiemen bestehen aus Epithelgewebe, welches sich aus ein- oder mehrlagigen Zellschichten zusammensetzt. Die Oberfläche ist dementsprechend groß. In diesem Epithelgewebe befinden sich auch Chloridzellen.
Die Chloridzellen stehen auf der äußeren Seite mit dem Umgebungsmedium (Wasser) in Kontakt und auf der anderen Seite mit dem Gewebe (Blutbahnen). Die äußere Membran wird apikale Membran genannt und die innere Membran, welche mit dem Gewebe verbunden ist, basolaterale Membran.
In diesen Chloridzellen sind viele Mitochondrien vorhanden. In den Mitochondrien findet die Zellatmung statt, also die Erzeugung von ATP, welches ein Energielieferant ist. In den Membranen befinden sich viele Enzyme und Ionenkanäle (Transportproteine).
In der basolateralen Membran sitzen Na+/K+-ATPasen und Na+/2Cl-/K+-Cotransporte und eine Vielzahl an Ka+-Ionenkanälen. Die Enzyme Na+/K+-ATPasen pumpen unter Verbrauch von ATP Na+ aus den Chloridzellen heraus und K+ aus dem Blut in die Zellen hinein. Dadurch ist die Konzentration der Natriumionen in den Chloridzellen hypotonisch und im extrazellulären Bereich hypertonisch. Die Kaliumionen können durch einen der vielen K+-Ionentransportkanäle wieder aus den Chloridzellen diffundieren. Im extrazellulären Raum über der basolateralen Membran entsteht also ein Natrium-Gradient. Der Na+/2Cl-/K+-Cotransport befördert Natrium-, Chlorid- und Kaliumionen in die Chloridzellen. Durch die hypotonische Konzentration an Na+ in den Chloridzellen, wird dieser Cotransport angetrieben.
In der apikalen Membran befinden sich viele Cl--Ionentransportkanäle. Die Chloridionen, die in die Chloridzellen gelangen, können somit in das Meerwasser diffundieren.
Der hohe Natrium-Gradient über der basolateralen Membran erzeugt eine positiv geladene Seite, während über der apikalen Membran eine negative Seite bildet. Die Na+ diffundieren nun durch den elektrochemischen Gradienten in das Meerwasser.
Bei Süßwasserfischen ist das Umgebungsmedium Wasser hypoosmotisch und der Körper hyperosmotisch. Die Ionen im Körper neigen dazu in das Außenmedium zu diffundieren und Wasser strömt in den Körper. Die Fische neigen dazu anzuschwellen.
Um dies zu verhindern trinken Süßwasserfische extrem wenig und produzieren eine Menge Harn. Die in dem Harn befindlichen Ionen werden durch die Nieren reabsorbiert, also wieder in den Organismus aufgenommen. Der Harn der Tiere ist also sehr verdünnt.
Die Pflasterzellen auf der werden für die Aufnahme von Na+ genutzt. Auch hier sitzen in der basolateralen Membran Na+/K+-ATPasen und eine Vielzahl an Ka+-Ionenkanälen. In den Pflasterzellen ist die Konzentration der Natriumionen also auch hier hypotonisch. In der apikalen Membran befinden sich Protonen-ATPasen und Natriumionenkanäle. Die Protonen-ATPasen pumpen H+ ins Wasser unter Verbrauch von ATP. Dadurch baut sich ein elektrochemisches Potential auf, wodurch Na+ aus dem Wasser über die Transportkanäle in der apikalen Membran in die Pflasterzellen diffundieren.
Süßwasserfische haben in den Kiemen ebenfalls Chloridzellen, wie bei den Meeresfischen. Hier wird Ca2+ oder Cl- aufgenommen. Das CO2, was durch die Kiemen abgegeben wird, gelangt durch Transportkanäle in die Chloridzellen und reagiert mit Wasser zu HCO3- und H+. HCO3- wird über die apikale Membran in das Wasser gepumpt. Im Austausch zu diesen Anionen werden Chloridionen in die Zelle gepumpt.
In der basolateralen Membran befinden sich Protonen-ATPasen. Diese pumpen die entstehenden Wasserstoffprotonen in den extrazellulären Raum, in das Gewebe. Durch das entstehende Potential diffundieren die Cl- Ionen durch Transportkanäle in der basolateralen Membran in das Gewebe.
In den letzten beiden Fällen wird deutlich, dass Kiemen auch zur Regulation des Säure-Base-Haushalts genutzt werden, indem H+ aus den Kiemen gepumpt werden.
Diese Transportvorgänge sind also unter anderem auch abhängig von der Konzentration der Wasserstoffprotonen.
Die Ionenkanäle und Enzyme in den Membranen sind Proteine, die bei einer Veränderung des pH-Wertes ihre Struktur ändern. Bei einem zu hohen oder zu niedrigem pH-Wert ist also auch die Osmoregulation gefährdet.
Das Zusammenspiel der einzelnen chemischen abiotischen Faktoren und der Fischphysiologie wird hierdurch sehr deutlich erkennbar.
Die Salinität eines Gewässers gibt den Salzgehalt an. Salze sind positiv geladene Verbindungen (Kationen) und negativ geladene Verbindungen (Anionen). Salzwasser besteht hauptsächlich aus Chlorid- und Natriumionen. Im Süßwasser ist die Menge an Chlorid- und Natriumionen deutlich geringer. Andere im Wasser gelöste Salze sind Sulfat, Magnesium, Calcium, Kalium, Hydrogencarbonat, Bromid, Borat und Strontium. Auch Nitrat, Phosphat, Ammonium und Eisen sind Salze, die im Wasser gelöst sind.
In der Aquaristik redet man allerdings häufig von der Gesamthärte. Die Gesamthärte gibt die Menge der Erdalkalimetalle an. Hierzu gehören die Salze Magnesium, Calcium, Barium, Beryllium und Strontium.
Besonders Magnesium und Calcium sind im Süßwasser als Erdalkalimetalle vorhanden. Fische und andere Organismen nutzen diese Spurenelemente. Fische bauen mithilfe von Calcium ihre Knochen auf. Schnecken benötigen Calcium für ihr Schneckenhaus aus Kalk.
Die Gesamthärte spielt eine Rolle für die Karbonathärte. Die Magnesium- und Calciumionen verbinden sich mit den Hydrogencarbonat-Ionen. Die Karbonathärte kann größer als die Gesamthärte sein, da auch andere Ionen eine Verbindung mit HCO3- eingehen können, wie beispielsweise Natrium.
Die Leitfähigkeit
Wasser kann Strom gut leiten. Dies hängt jedoch davon ab, wie viele Ionen (Anionen und Kationen) sich darin befinden. Mit der Leitfähigkeit kann man die Menge an gelösten Salzen bestimmen. Die Leitfähigkeit zeigt einem sehr schnell an, ob ein Aquarium mineralstoffreich oder mineralstoffarm ist, denn die Mineralsalze (Nitrat, Phosphat, etc.) überwiegen in einem Süßwasseraquarium.
Die Osmoregulation
Im Meerwasser befinden sich mehr Na+ und Cl- Ionen, als im Fischkörper. Das Umgebungsmedium Wasser ist also hyperosmotisch, während der Fischkörper hypoosmotisch ist. Durch das Konzentrationsgefälle diffundieren Natrium- und Chloridionen in den Fischkörper. Zugleich diffundiert Wasser aus dem Fisch. Marine Fische neigen also dazu auszutrocknen. Um der Diffusion entgegenzuwirken haben diese Tiere mehrere Methoden entwickelt.Marine Fische trinken, nehmen also Wasser sowie Ionen auf. Marine Fische produzieren nur wenig Harn, um nicht zusätzlich Wasser zu verlieren.
Die Kiemen der Fische dienen nicht nur zum Gasaustausch (Atmung), sondern sind auch für die Osmoregulation und die Regulation des Säure-Base-Haushalts wichtig.
Kiemen bestehen aus Epithelgewebe, welches sich aus ein- oder mehrlagigen Zellschichten zusammensetzt. Die Oberfläche ist dementsprechend groß. In diesem Epithelgewebe befinden sich auch Chloridzellen.
Die Chloridzellen stehen auf der äußeren Seite mit dem Umgebungsmedium (Wasser) in Kontakt und auf der anderen Seite mit dem Gewebe (Blutbahnen). Die äußere Membran wird apikale Membran genannt und die innere Membran, welche mit dem Gewebe verbunden ist, basolaterale Membran.
In diesen Chloridzellen sind viele Mitochondrien vorhanden. In den Mitochondrien findet die Zellatmung statt, also die Erzeugung von ATP, welches ein Energielieferant ist. In den Membranen befinden sich viele Enzyme und Ionenkanäle (Transportproteine).
In der basolateralen Membran sitzen Na+/K+-ATPasen und Na+/2Cl-/K+-Cotransporte und eine Vielzahl an Ka+-Ionenkanälen. Die Enzyme Na+/K+-ATPasen pumpen unter Verbrauch von ATP Na+ aus den Chloridzellen heraus und K+ aus dem Blut in die Zellen hinein. Dadurch ist die Konzentration der Natriumionen in den Chloridzellen hypotonisch und im extrazellulären Bereich hypertonisch. Die Kaliumionen können durch einen der vielen K+-Ionentransportkanäle wieder aus den Chloridzellen diffundieren. Im extrazellulären Raum über der basolateralen Membran entsteht also ein Natrium-Gradient. Der Na+/2Cl-/K+-Cotransport befördert Natrium-, Chlorid- und Kaliumionen in die Chloridzellen. Durch die hypotonische Konzentration an Na+ in den Chloridzellen, wird dieser Cotransport angetrieben.
In der apikalen Membran befinden sich viele Cl--Ionentransportkanäle. Die Chloridionen, die in die Chloridzellen gelangen, können somit in das Meerwasser diffundieren.
Der hohe Natrium-Gradient über der basolateralen Membran erzeugt eine positiv geladene Seite, während über der apikalen Membran eine negative Seite bildet. Die Na+ diffundieren nun durch den elektrochemischen Gradienten in das Meerwasser.
Bei Süßwasserfischen ist das Umgebungsmedium Wasser hypoosmotisch und der Körper hyperosmotisch. Die Ionen im Körper neigen dazu in das Außenmedium zu diffundieren und Wasser strömt in den Körper. Die Fische neigen dazu anzuschwellen.
Um dies zu verhindern trinken Süßwasserfische extrem wenig und produzieren eine Menge Harn. Die in dem Harn befindlichen Ionen werden durch die Nieren reabsorbiert, also wieder in den Organismus aufgenommen. Der Harn der Tiere ist also sehr verdünnt.
Die Pflasterzellen auf der werden für die Aufnahme von Na+ genutzt. Auch hier sitzen in der basolateralen Membran Na+/K+-ATPasen und eine Vielzahl an Ka+-Ionenkanälen. In den Pflasterzellen ist die Konzentration der Natriumionen also auch hier hypotonisch. In der apikalen Membran befinden sich Protonen-ATPasen und Natriumionenkanäle. Die Protonen-ATPasen pumpen H+ ins Wasser unter Verbrauch von ATP. Dadurch baut sich ein elektrochemisches Potential auf, wodurch Na+ aus dem Wasser über die Transportkanäle in der apikalen Membran in die Pflasterzellen diffundieren.
Süßwasserfische haben in den Kiemen ebenfalls Chloridzellen, wie bei den Meeresfischen. Hier wird Ca2+ oder Cl- aufgenommen. Das CO2, was durch die Kiemen abgegeben wird, gelangt durch Transportkanäle in die Chloridzellen und reagiert mit Wasser zu HCO3- und H+. HCO3- wird über die apikale Membran in das Wasser gepumpt. Im Austausch zu diesen Anionen werden Chloridionen in die Zelle gepumpt.
In der basolateralen Membran befinden sich Protonen-ATPasen. Diese pumpen die entstehenden Wasserstoffprotonen in den extrazellulären Raum, in das Gewebe. Durch das entstehende Potential diffundieren die Cl- Ionen durch Transportkanäle in der basolateralen Membran in das Gewebe.
In den letzten beiden Fällen wird deutlich, dass Kiemen auch zur Regulation des Säure-Base-Haushalts genutzt werden, indem H+ aus den Kiemen gepumpt werden.
Diese Transportvorgänge sind also unter anderem auch abhängig von der Konzentration der Wasserstoffprotonen.
Die Ionenkanäle und Enzyme in den Membranen sind Proteine, die bei einer Veränderung des pH-Wertes ihre Struktur ändern. Bei einem zu hohen oder zu niedrigem pH-Wert ist also auch die Osmoregulation gefährdet.
Das Zusammenspiel der einzelnen chemischen abiotischen Faktoren und der Fischphysiologie wird hierdurch sehr deutlich erkennbar.
