Aldo Palmisano jest chemikiem badawczym w Western Fisheries Research Center of the U.S. Geological Survey Biological ResourcesDivision i jest związany z University of Washington w Seattle. Oto jego odpowiedź.
Powód, dla którego niektóre ryby normalnie żyją w wodzie słodkiej, a inne żyją w wodzie morskiej jest to, że jeden lub drugi środowisko zapewnia im możliwości, które tradycyjnie przyczyniły się do ich przetrwania. Oczywistą różnicą między tymi dwoma środowiskami jest stężenie soli. Ryby słodkowodne zachowują mechanizmy fizjologiczne, które pozwalają im na koncentrację soli w organizmie w środowisku ubogim w sól; ryby morskie, z drugiej strony, wydalają nadmiar soli w środowisku hipertonicznym. Ryby, które żyją w obu środowiskach, zachowują oba mechanizmy.
Życie zaczęło ewoluować kilka miliardów lat temu w oceanach i od tego czasu istoty żywe utrzymują środowisko wewnętrzne ściśle przypominające skład jonowy tych pierwotnych mórz. Przypuszczalnie warunki jonowe, w których rozpoczęło się życie, są wyjątkowo odpowiednie do jego kontynuacji. Badania laboratoryjne wspierają pogląd, że różne zjawiska chemiczne, od których zależy życie–w tym interakcje kwasów nukleinowych ze sobą i z białkami, składanie i wydajność białek takich jak enzymy, funkcjonowanie wewnątrzkomórkowych maszyn takich jak rybosomy, i utrzymanie przedziałów komórkowych–są krytycznie zależne od środowiska jonowego, w którym zachodzą reakcje.
Dzięki upływowi czasu stworzenia zamieszkujące oceany wykorzystały niewykorzystane zasoby, takie jak względnie bezpieczne siedliska tarłowe lub nowe źródła pożywienia, które były dla nich dostępne tylko poprzez kolonizację innych środowisk, takich jak wody słodkie i lądy. Kolonizację ułatwiały, jeśli nie wymuszały, wydarzenia geologiczne, takie jak ruchy i kolizje mas lądowych (tektonika płyt) oraz aktywność wulkaniczna, które służyły do izolowania od siebie części bardzo podobnych populacji jednego gatunku. Takie geologiczne zmiany zmusiły niektóre populacje do przystosowania się albo do wyginięcia. Czas i naturalna selekcja wynikająca ze zmienności fizycznej i środowiskowej działały wbrew izolacji, sprzyjając adaptacjom. W niektórych przypadkach adaptacje te stały się trwałe i doprowadziły do zróżnicowania gatunkowego.
Jednym z ważnych aspektów zmienności środowiskowej jest skład jonowy ciał wodnych wykorzystywanych jako siedlisko. Komórki chlorkowe w skrzelach ryb morskich produkują enzym, zwany ATPazą skrzelową Na+/K+, który umożliwia im pozbycie się z osocza nadmiaru soli, która gromadzi się, gdy piją wodę morską. Dodatkowo, ich nerki selektywnie odfiltrowują jony dwuwartościowe, które następnie wydalają. Alternatywny zestaw mechanizmów fizjologicznych pozwala rybom słodkowodnym na koncentrację soli w celu skompensowania niskiego zasolenia środowiska. Produkują one bardzo rozcieńczony, obfity mocz (do jednej trzeciej masy ciała dziennie), aby pozbyć się nadmiaru wody, jednocześnie prowadząc aktywne pobieranie jonów przez skrzela.
Na pewno inne adaptacje przyczyniły się do zdolności izolowanych populacji do pełniejszego dostosowania się do ich okoliczności. Z różnych zestawów drapieżników i ofiar organizmów obecnych w różnych siedliskach, a różne zakresy fizyczne dostępne dla nich, zmiany behawioralne byłyby wymagane, być może mniejszy lub większy rozmiar ciała lub części ciała będzie preferowane. Nagromadzenie tego rodzaju fizjologicznych, behawioralnych i fizycznych zmian doprowadziło w końcu do powstania nowych gatunków. Izolacja mogła zmusić je do zachowania swoich nowo rozwiniętych przystosowań wśród własnych potomków, zamiast rozprowadzać je szerzej. Dla niektórych, rozłam w końcu stał się kompletny i nie może już być żadnych krzyżówek między populacjami, które kiedyś się krzyżowały.
Nie bez powodu, było wiele przypadków kolonizacji środowiska słodkowodnego przez morskie gatunki ryb; niektóre były mniej lub bardziej kompletne. The ability to escape an environmentmay have been seasonal, or periodic in some other way, or intermittent, and the ability to osmoregulate in freshwater need not have excluded thecapacity to revert to a seawater mode of osmoregulation, as long as the capacity could be utilized by a substantial portion of the population, andselected for, rather than simply lost.
Łosoś spędzają stosunkowo krótki czas w wodzie słodkiej przed rozwinięciem zdolności do osmoregulacji w wodzie morskiej, gdzie żyją przez większość swojego życia. Niektóre gatunki łososi, takie jak łosoś różowy, migrują do morza tak szybko, jak tylko wynurzą się ze żwiru jako swobodnie pływające młode osobniki. Inne, takie jak łososie sockeye, coho i niektóre łososie chinook, pozostają w wodach słodkich przez rok lub dwa lata lub dłużej, zanim pokona je chęć migracji w dół rzeki, w sekwencji zdarzeń fizjologicznych i fizycznych, które zbiegają się z rozwojem ich zdolności do osmoregulacji w wodzie morskiej. Tak więc różne gatunki łososi wykorzystują różne aspekty środowiska słodkowodnego, ale oczywiście wszystkie cieszą się lepszymi perspektywami życiowymi, jeśli są rozradzane w siedlisku słodkowodnym i spędzają dorosłe życie w wodzie morskiej.
Inne pokrewne gatunki, jak pstrąg, są fizjologicznie mniej tolerancyjne na słoną wodę. Większość z nich na stałe przystosowała się do życia w wodach słodkich. Mają prawdopodobnie takżeolost cechy (np. zachowania godowe), które mogą umożliwić im prowadzenie udanego życia w środowisku morskim. Z powodów, które mogą odnosić się do ich rozmieszczenia geograficznego, cechy, które kiedyś uczyniły życie w wodzie morskiej naturalne dla nich w końcu stał się nadbagażem i spadł intodisuse i ruiny.
William A. Wurts jest specjalistą ds. akwakultury w Kentucky State University’s cooperative extension program. Heprovides dodatkowy wgląd na ewolucję ryb i fizjologii.
Różne gatunki ryb znalezionych w oceanach, jeziorach, rzekach i strumieniach haveevved przez miliony lat i dostosowały się do ich preferowanych środowisk w długich okresach czasu. Ryby są skategoryzowane według ichsalinity tolerancji. Ryby, które mogą tolerować tylko bardzo wąskie zakresy zasolenia (takie ryby słodkowodne jak złota rybka i takie ryby morskie jak tuńczyk) są znane jako gatunki stenohalinowe. Ryby te giną w wodach o zasoleniu różnym od tego, jakie występuje w ich naturalnym środowisku.
Ryby, które tolerują szeroki zakres zasolenia na pewnym etapie swojego cyklu życiowego, nazywane są gatunkami euryhalinowymi. Te ryby, które obejmują łososia, węgorza, czerwonego bębna, striped bass i flądry, może żyć lub przetrwać w szerokim zakresie zasolenia, począwszy od słodkich do słonawych do wód morskich. Okres stopniowego dostosowania lub aklimatyzacji, chociaż, może być konieczne dla ryb euryhalinowych do tolerowania dużych zmian w zasoleniu.
Uważa się, że kiedy nowo uformowana planeta Ziemia ochłodziła się wystarczająco, deszcz zaczął padać nieprzerwanie. Deszcz ten wypełnił pierwsze oceany słodką wodą. Było to ciągłe parowanie wody z oceanów, która następnie skondensowała się powodując opady na masach lądowych, co z kolei spowodowało zasolenie oceanów na przestrzeni kilku miliardów lat. Gdy woda deszczowa spływała po glebie, rozpuszczała wiele minerałów – sód, potas i wapń – i przenosiła je z powrotem do oceanów.
Zwierzęta bezkręgowe (ryby, ptaki, ssaki, płazy i gady) mają unikalną i wspólną cechę.Zawartość soli w ich krwi jest praktycznie identyczna. Krew kręgowców ma zasolenie około 9 gramów na litr (0,9 procent roztworu soli).Prawie 77 procent soli we krwi to sód i chlorek. Pozostała część składa się głównie z wodorowęglanu, potasu i wapnia.Sód, potas i sole wapnia są krytyczne dla normalnego funkcjonowania serca, nerwów i tkanki mięśniowej.
Jeśli zasolenie wody oceanicznej jest rozcieńczane do około jednej czwartej jej normalnego stężenia, ma ona prawie takie samo zasolenie jak krew ryb i zawiera podobne proporcje sodu, potasu, wapnia i chlorku. Podobieństwa między zawartością soli we krwi kręgowców i rozcieńczonej wodzie morskiej sugerują silny związek ewolucyjny między kręgowcami i pierwotnymi oceanami.
Wydaje się prawdopodobne, że życie kręgowców rozwinęło się, gdy oceany były w przybliżeniu w jednej czwartej tak słone, jak są dzisiaj. W miarę jak oceany stawały się coraz bardziej słone, a kręgowce ewoluowały dalej, kilka grup kręgowców (ptaki, ssaki, gady i płazy) opuściło oceany, by zamieszkać na masach lądowych, niosąc ze sobą wodę morską jako swoją krew. Utrzymywały one stężenie soli we krwi, pijąc słodką wodę i wchłaniając sole z pożywienia.
Ale ryby pozostały w środowisku wodnymenvironment. Aby dostosować, musieli albo pozostać w środowiskach o niskim zasoleniu, takich jak zatoki i ujścia rzek, lub musieli ewoluować mechanizmy toreplace wody utraconej przez osmozę do wody morskiej i usunąć sole wchłaniane z coraz bardziej zasolonych oceanów. Aby zamieszkać w wodach słodkich, fishhad zastąpić sole utracone przez dyfuzję do wody i wyeliminować nadmiar wody wchłoniętej z otoczenia. Funkcja nerek musiała zostać odpowiednio zmieniona, aby ryby mogły przetrwać w tych różnych środowiskach.
W wodzie morskiej, ryby muszą pić słoną wodę, aby zastąpić utracone płyny i wyeliminować nadmiar soli. Ich nerki produkują małe objętości płynu zawierającego wysokie stężenie soli. Ryby słodkowodne produkują duże ilości rozcieńczonego moczu, który jest ubogi w sól. Mniejsze zapotrzebowanie na nerki, aby utrzymać stabilne stężenie soli we krwi w wodach słonawych lub o niskim zasoleniu.
Ostatecznie ryby przystosowały się lub zamieszkały w wodach morskich, słodkich lub słonawych, ponieważ każde środowisko oferowało przewagę konkurencyjną różnym gatunkom. Na przykład, sugeruje się, że ryby euryhalinowe są w stanie wyeliminować pasożyty zewnętrzne poprzez przemieszczanie się do i z wód słodkich i słonych. Siedliska o różnym zasoleniu oferowały nowe lub więcej pożywienia, ucieczkę przed drapieżnikami, a nawet schronienie termiczne (stabilne temperatury).
Steven K. Webster, doradca ds. nauki o morzu w Monterey Bay Aquarium w Kalifornii dodaje trochę perspektywy na ryby, które poruszają się między słoną i słodką wodą.
Około 22,000 gatunków ryb żyjących dzisiaj żyć w praktycznie wszystkich rodzajów morskich i wodnych siedlisk, które nie są nadmiernie toksyczne. Niektóre z nich, w tym łososie, minogi, rekiny, jesiotry i pasiaste bassy, przemieszczają się między wodami słodkimi a oceanem przynajmniej raz w życiu, aby odbyć tarło. Wiele z tych anadromicznych gatunków robi to co roku, znajdując warunki potrzebne do produkcji w jednej sferze i te potrzebne do żerowania i wzrostu w drugiej.
Ryby te muszą się przestawić na fizjologię równowagi soli, kiedy przechodzą z wody słodkiej do słonej i z powrotem. Zazwyczaj dokonują tych korekt w słonawym środowisku estuarium, które leży na drodze między słoną wodą a siedliskami słodkowodnymi.