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viernes, 8 de febrero de 2013

La osmorregulación en los tiburones

¡¿Osmo quéeeee?!
Osmorregulación.
—¿Y eso qué es? ¿Para qué sirve?
—Entre otras cosas, para poder sobrevivir. A ver si consigo explicarlo.
Cornuda o pez martillo (Sphyrna zygaena). Foto de Doug Perrine.
Vivir permanentemente metidos en el agua no es una cosa tan sencilla como parece: zambullirse, mover las aletas y ya está. Además de respirar o comer sin atragantarse, uno de los problemas no menos importantes que deben solucionar las criaturas acuáticas es el de la osmorregulación o mantenimiento del equilibrio osmótico entre los fluidos que hay a un lado y a otro de sus paredes celulares, es decir, entre el interior de sus células y el entorno marino en el que están sumergidas.
—Ósmorregulación... equilibrio osmótico... Qué mareo.
Momento
Los iones y moléculas contenidas en una solución tienden naturalmente a desplazarse desde las zonas donde su concentración es mayor hacia las zonas donde es menor, dispersándose hasta quedar distribuidas de forma homogénea y equilibrada. Este proceso natural se conoce como difusión.
¿Cómo puede afectar la difusión a las criaturas marinas? Pues evidente: si una célula sumergida en el océano no está convenientemente protegida, las moléculas vitales que contiene (aminoácidos, nutrientes, ATP) se difundirán hacia el exterior dado que en el ambiente marino su concentración es menor que dentro de la célula, y morirá. Para evitarlo, lo que ha hecho es construir un dique de contención, una barrera a modo de armadura: la membrana celular. Lo que pasa es que la célula no puede sobrevivir totalmente aislada, sino que necesita intercambiar diversos materiales con el exterior, como oxígeno, dióxido de carbono, etc. Por eso la membrana celular no es impermeable al ciento por ciento, sino que tiene lo que se conoce como permeabilidad selectiva; es decir: impide el paso de moléculas vitales como las proteínas, el ATP, etc., pero a la vez permite la entrada y salida de otras más pequeñas... entre ellas, el agua. Y es aquí donde, al fin, nos encontramos con el problema de la ósmosis y de la osmorregulación.
—Loado sea el Señor. ¿Entonces me puedo ir ya?
—De ninguna manera. Ahora te esperas a que acabe.
El agua es también una molécula, y por tanto está también sometida a las leyes de la difusión. O sea, que se difundirá desde la zona donde su concentración es mayor hacia la zona donde sea menor. Es lo que llamamos ósmosis: la difusión de agua a través de una membrana permeable.

En un ambiente hipertónico el agua se difunde hacia el exterior de la célula (en este caso un glóbulo rojo); en un ambiente hipotónico ocurre lo contrario: el agua entra en la célula llegando incluso a reventarla; y en un ambiente isotónico es donde se produce un intercambio equilibrado. (Gráfico: Wikipedia)
El que el agua entre o salga de una célula depende de las concentraciones relativas de materiales disueltos dentro y fuera de ella. Así, una célula sumergida en una solución salada como el agua de mar se dice que se encuentra en un ambiente hipertónico: la concentración de solutos es más elevada en el exterior que en su interior, lo cual implica que la concentración de moléculas de agua es más baja fuera que dentro y, en consecuencia, el agua se difunde hacia fuera; la célula pierde agua, se deshidrata y muere.

Para evitar la deshidratación por ósmosis los peces deben osmorregular, es decir, dicho de una forma simple, equilibrar su medio interno con el externo mediante el control de sus concentraciones de solutos. Los peces óseos lo consiguen bebiendo grandes cantidades de agua de mar y excretando el exceso de sales a través de los riñones y de unas células especializadas de las branquias, las células secretoras de sales.

Glándula rectal de una tintorera (Foto: Toño Maño)
Los tiburones, en cambio, utilizan una estrategia bien distinta: proporcionan a
sus tejidos y fluidos corporales la misma o incluso superior concentración de sales o moléculas disueltas que el agua circundante. ¿Cómo lo consiguen? Pues reteniendo en sangre grandes cantidades de metabolitos nitrogenados, especialmente urea (1), secretados por los riñones (2) y óxido de trimetilamina. El exceso de sales se elimina a través de las branquias, como los peces óseos, los riñones y una glándula especializada situada cerca de la cloaca, la glándula rectal.

Sin embargo, esto no quiere decir que los tiburones sólo estén adaptados para la vida en un ambiente salino. Al contrario, su sistema osmorregulador es tan extraordinariamente versátil que permite que al menos algunas especies puedan visitar los estuarios de los ríos sin sufrir trastorno alguno. Pensemos que en estos lugares la salinidad del agua cambia constantemente al mezclarse el agua del mar con el agua dulce. Y sin duda el caso más espectacular nos lo ofrece el impresionante jaquetón toro (Carcharhinus leucas), propietario de una de las mandíbulas más poderosas de todos los tiburones. Este bicho soporta perfectamente el agua dulce gracias a un sistema que le permite rebajar la concentración de urea para contener la difusión de agua hacia el interior de su cuerpo (3): cambian la función renal para excretar grandes cantidades de urea con orina muy diluida e invierten la dirección del movimiento de sales en la zona branquial: en lugar de excretarlas, las absorben del agua circundante.

Jaquetón toro o tiburón sarda (Carcharhinus leucas) en una preciosa foto de Enrique Redondo.
El jaquetón toro habita en ríos y lagos de agua dulce... ¡incluso en la laguna de un campo de golf! Es el responsable de unos cuantos ataques en ríos a varios cientos de kilómetros de su desembocadura —se le ha llegado a encontrar hasta a 3700 km río arriba—. 
—Hala, ahora ya te puedes ir.

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(1) Las elevada concentración de urea es la razón por la que la carne de determinadas especies como el tiburón boreal (Somniosus microcephalus) tengan un característico olor a baño público sin limpiar...
(2) Los riñones son los encargados de controlar las concentraciones de urea en la sangre. Filtran las sales minerales y productos de deshecho que transporta la sangre y producen la orina, que es expulsada al exterior a través de los uréteres, que desembocan en la cloaca.
Los riñones son dos órganos alargados y delgados situados fuera de la cavidad general, adosados a la pared dorsal. (Foto: PC-Maricopa).
(3) Al encontrarse en un ambiente hipotónico —mayor concentración de solutos dentro que fuera del cuerpo y por lo tanto menor concentración de agua en el interior que en el exterior— el agua tendería a difundirse hacia el interior de las células, corriendo el riesgo de hincharse y reventar.
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