Secara umum proses osmoregulasi adalah upaya atau kemampuan hewan air untuk mengontrol keseimbangan air dan ion antara di dalam tubuh dan lingkungannya melalui mekanisme pengaturan tekanan osmose. Proses osmoregulasi diperlukan karena adanya perbedaan konsentrasi cairan tubuh dengan lingkungan disekitarnya. Jika sebuah sel menerima terlalu banyak air maka ia akan meletus, begitu pula sebaliknya, jika terlalu sedikit air, maka sel akan mengerut dan mati. Osmoregulasi juga berfungsi ganda sebagai sarana untuk membuang zat-zat yang tidak diperlukan oleh sel atau organisme hidup.
Kebanyakan invertebrata yang berhabitat di laut tidak secara aktif mengatur sistem osmosis mereka, dan dikenal sebagai osmoconformer. Osmoconformer memiliki osmolaritas internal yang sama dengan lingkungannya sehingga tidak ada tendensi untuk memperoleh atau kehilangan air. Karena kebanyakan osmoconformer hidup di lingkungan yang memiliki komposisi kimia yang sangat stabil (di laut) maka osmoconformer memiliki osmolaritas yang cendrung konstan. Sedangkan osmoregulator adalah organisme yang menjaga osmolaritasnya tanpa tergantung lingkungan sekitar. Oleh karena kemampuan meregulasi ini maka osmoregulator dapat hidup di lingkungan air tawar, daratan, serta lautan. Di lingkungan dengan konsentrasi cairan yang rendah, osmoregulator akan melepaskan cairan berlebihan dan sebaliknya.
Untuk organisme akuatik, proses tersebut digunakan sebagai langkah untuk menyeimbangkan tekanan osmose antara substansi dalam tubuhnya dengan lingkungan melalui sel yang permeabel. Dengan demikian, semakin jauh perbedaan tekanan osmotik antara tubuh dan lingkungan, semakin banyak energi metabolisme yang dibutuhkan untuk mmelakukan osmoregulasi sebagai upaya adaptasi, hingga batas toleransi yang dimilikinya. Oleh karena itu, pengetahuan tentang osmoregulasi sangat penting dalam mengelola kualitas air media pemeliharaan, terutama salinitas. Hal ini karena dalam osmoregulasi, proses regulasi terjadi melalui konsentrasi ion dan air di dalam tubuh dengan kondisi dalam lingkungan hidupnya.
Regulasi ion dan air pada ikan terjadi hipertonik, hipotonik atau isotonik tergantung pada perbedaan (lebih tinggi, lebih rendah atau sama) konsentrasi cairan tubuh dengan konsentrasi media1,2. Perbedaan tersebut dapat dijadikan sebagai strategi dalam menangani komposisi cairan ekstraselular dalam tubuh ikan2. Untuk ikan-ikan potadrom yang bersifat hiperosmotik terhadap lingkungannya dalam proses osmoregulasi, air bergerak ke dalam tubuh dan ion-ion keluar ke lingkungan dengan cara difusi. Keseimbangan cairan tubuhnya dapat terjadi dengan cara meminum sedikit air atau bahkan tidak minum sama sekali. Kelebihan air dalam tubuhnya dapat dikurangi dengan membuangnya dalam bentuk urin. Untuk ikan-ikan oseanodrom yang bersifat hipoosmotik terhadap lingkungannya, air mengalir secara osmose dari dalam tubuhnya melalui ginjal, insang dan kulit ke lingkungan, sedangkan ion-ion masuk ke dalam tubuhnya secara difusi1,2. Sedangkan untuk ikan-ikan eurihalin, memiliki kemampuan untuk dengan cepat menyeimbangkan tekanan osmotik dalam tubuhnya dengan media (isoosmotik), namun karana kondisi lingkungan perairan tidak selalu tetap, maka proses ormoregulasi seperti halnya ikan potadrom dan oseanodrom tetap terjadi.
Salinitas atau kadar garam adalah jumlah kandungan bahan padat dalam satu kilogram air laut, dalam hal mana seluruh karbonat telah diubah menjadi oksida, brom dan yodium yang telah disetarakan dengan klor dan bahan organik yang telah dioksidasi. Secara langsung, salinitas media akan mempengaruhi tekanan osmotik cairan tubuh ikan. Pengetahuan tentang metabolisme dapat juga dikaitkan dengan beberapa cabang ilmu lain, misalnya genetika, toksikologi dan keilmuan lain sehingga ikan yang dihasilkan dapat memiliki kualitas yang lebih unggul dari sebelumnya. Hal ini karena ikan menginvestasikan sebesar 25-50% dari total output metabolik dalam mengontrol komposisi cairan intra- dan ekstraselularnya.
Perubahan kadar salinitas mempengaruhi tekanan osmotik cairan tubuh ikan, sehingga ikan melakukan penyesuaian atau pengaturan kerja osmotik internalnya agar proses fisiologis di dalam tubuhnya dapat bekerja secara normal kembali. Apabila salinitas semakin tinggi, ikan berupaya terus agar kondisi homeostasi dalam tubuhnya tercapai, hingga pada batas toleransi yang dimilikinya. Kerja osmotik tersebut memerlukan energi yang lebih tinggi pula. Hal tersebut juga berpengaruh kepada waktu kenyang (satiation time) dari ikan tersebut.
Rainbow trout seringkali digunakan sebagai model system untuk mempelajari rute dan mekanisme ekskresi dan osmoregulasi. Proses osmoregulasi juga menghasilkan produk buangan seperti feses dan amoniak, sehingga media pemeliharaan akan berwana keruh sebagai akibat banyaknya feses yang dikeluarkan ikan. Dampak dari ekskresi nitrogen tersebut juga akan mempengaruhi kehidupan ikan di dalamnya. Pada embrio rainbow trout, eksresi nitrogen dalam bentuk urea juga dapat dikaitkan dengan kandungan nitrogen di dalam yolk, karena rendahnya permeabilitas membrane sel telur terhadap ammonia.
Dampak buangan hasil metabolisme terhadap kelangsungan hidup benih ikan berdasarkan perubahan kualitas air secara fisik, dapat diduga bahwa perubahan tersebut juga berpengaruh terhadap kondisi ambient ikan, yang pada akhirnya berpengaruh terhadap pertahanan tubuhnya. Setelah melewati batas toleransi, maka ikan tersebut mengalami kematian. Mengingat tidak semua ikan mengalami kematian, maka dapat dipastikan bahwa daya toleransi pada populasi ikan dalam akuarium berbeda beda. Hal ini diduga karena perbedaan kondisi tubuh saat sebelum dimasukkan dalam media praktik termasuk intensitas parasit, tingkat stres dan lain-lain. Toksisitas nitrat dalam perairan tawar tergolong sangat rendah (96 h LC50s >1000 mg/L as N). Hal ini dapat dikaitkan dengan potensi munculnya masalah dalam proses osmoregulasi. Dalam system dengan konsentrasi nitrat tinggi, reduksi nitrat terjadi secara anaerobic. Konsentrasi nitrat di perairan laut kurang dari 500 mg/L untuk sebagian besar ikan air laut, tetapi untuk ikan laut tropis seperti anemone (Amphiprion ocellaris) lebih sensitif, yakni hanya 20 mg/L.
Tingkat stress juga berbeda-beda yang dialami oleh benih tambakan dalam akuarium, sebagai akibat dari perbedaan perlakuan. Kajian yang lebih mendalam, dapat ditelusuri dengan kandungan kortisol. Banyak hal berkenaan dengan kortisol selama proses metabolisme, misalnya saat starvasi (puasa), osmoregulation, pengerahan simpanan energi untuk migrasi, proses pematangan gonad, pemijahan dan selama stress yang dialami oleh ikan itu sendiri.
Mekanisme ormoregulasi dapat pula ditelusuri di level sel. Sel-sel tersebut terlebih dahulu dihasilkan melalui mekanisme kultur sel. Penelitian terhadap sel Epitelioma papulosum cyprinid (EPC), turunan dari sel epidermis ikan mas dapat digunakan untuk mengetahui kelangsungan hidup dan pertumbuhan sel dalam media hiper- dan hipoosmotik. Dengan menggunakan sel kultur, dapat diamati pula ekspresi gen yang bias dihubungkan dengan kemampuan adaptasi dan stress osmotik.
Aktivitas osmoregulasi juga dipengaruhi oleh stadia ikan atau krustase dalam hubungannya dengan salinitas. Penelitian pada stadia juvenil dan dewasa krustase, regulasi ion Na/K-ATP menunjukkan hal yang berbeda-beda jika diamati dengan aktivitas enzim Na/K-ATPase. Pada Artemia salina dan A. franciscana aktivitas enzim tersebut meningkat sejalan dengan perkembangannya sejak setelah menetas hingga tahap mulai berenang bebas. Pada udang galah, hal tersebut juga berlangsung demikian. Namun pada stadia dewasa, aktivitas Na/K-ATPase pada udang galah tidak berbeda nyata setelah diperlakukan pada salinitas yang berbeda8. Penelitian tentang osmoregulasi pada tahap awal perkembangan ikan telah diamati pada level extrabranchial chloride cells. Sejumlah chloride cells yang terkandung dalam membran kantong kuning telur ikan mujair stadia embrio dan larva diadaptasikan dalam lingkungan air tawar (FW) dan air asin (SW). Sel klorid dalam SW seringkali berada dalam bentuk multicellular complexes bersama dengan sel adjacent accessory. Sedangkan dalam FW, chloride cells berada dalam kondisi individual. Tes klorid dan mikroanalisis X-ray menunjukkan bahwa klorid sel dalam SW dalam bentuknya yang kompleks, merupakan fungsi definitive dalam sekresi klorid. Namun demikian setelah sel tersebut dipindahkan ke lingkungan SW, bentuk sel tunggal tersebut juga mengalami perubahan menjadi kompleks sebagai respon terhadap lingkungan baru yang SW. Umumnya, sel klorid extrabranchial memerankan peranan penting dalam mengontrol osmoregulasi sampai tahap sel klorid insang bekerja secara fungsional.
Penemuan baru-baru ini adalah tentang morfologi fungsional dari sel-sel klorid pada killing fish, Fundulus heteroclitus, ikan euryhaline dengan air laut (SW). Deteksi Immunocytochemical dilakukan pada sel klorid dengan anti-Na +/K + -ATPase dalam proses transisi distribusi sel klorid selama tahap awal kehidupannya. Sel klorid nampak dalam membran kantung kuning telur fase awal embrio dan kemudian di kulit pada saat fase akhir embrio. Perbedaan secara morphologi antara tipe sel klorid SW- dan FW diidentifikasi pada killifish dewasa yang diadaptasikan pada SW dan FW. Kedua tipe sel klorid, aktif pada kedua lingkungan, tetapi berbeda dalam fungsi transpor ion. Pemindahan secara langsung killifish dari SW ke FW, sel klorid tipe SW ditransformasi menjadi sel tipe FW, diikuti dengan penggantian promosi sel klorid sebagai responnya.
Kemampuan adaptasi ikan, juga dapat diketahui melalui penelitian pada juvenile fugu Takifugu rubripes terhadap lingkungan bersalinitas rendah. Ikan dipindahkan dari lingkungan air laut (100% SW) ke media air tawar (FW), 25, 50, 75 dan 100% SW dan kemudian didata mortalitasnya selama 3 hari. Tidak ada kematian ikan dalam media baru bersalinitas 25–100% SW dan semua ikan mati dalam media 100% FW. Nampaknya, pada ikan yang dipindahkan ke media 25–100% SW, osmolalitas darahnya tetap dijaga pada kisaran fisiologis yang normal. Penelitian dilanjutkan dengan memindahkan ikan dari lingkungan 100% SW ke media FW, 1, 5, 10, 15 dan 25% SW. Semua ikan hidup dalam media 5–25% SW, tetapi mati dalam media FW dan 1% SW. Ikan yang hidup pada media 25% SW kemudian dipindahkan kembali ke media FW, 1 dan 5% SW dan menunjukkan bahwa osmolalitas darahnya menurun hingga mendekati level sublethal, yakni sekitar 300 mOsm/kg·H2O. Nampaknya preacclimatisasi dalam 25% SW selama 7 hari tidak terlalu berpengaruh terhadap selang kemampuan survivalnya. Meskipun kelangsungan hidup dan osmolalitas darahnya sedikit meningkat dengan cara preacclimatisasi dalam 25% SW, osmolalitas darahnya mengalami penurunan setelah dipindahkan ke dalam media bersalinitas kurang dari 10% SW. Penemuan ini mengindikasikan bahwa fugu dapat beradaptasi pada lingkungan hypoosmotik karena adanya kemampuan hyperosmoregulatori, namun sel-sel klorid yang dimilikinya berkurang dalam mengabsorb ion-ion pada lingkungan hipoosmotik.
Aktivitas osmoregulasi, juga dipengaruhi oleh beberapa faktor lain yang diberikan pada organisme akuatik. Dengan pemberian kortisol, ovine growth hormone (oGH), recombinant bovine insulin-like growth factor I (rbIGF-I) dan 3,3‘,5-triiodo-L-thyronine (T3) dapat meningkatkan kapasitas hypoosmoregulasi pada ikan euryhaline, Fundulus heteroclitus. Ikan diadaptasikan dalam lingkungan air payau (BW, salinitas 10 ppt) kemudian disuntik dengan satu dosis hormone dan 10 hari kemudian dipindahkan ke lingkungan air asin (SW, salinitas 35 ppt. Setelah dipindahkan dari BW ke SW menunjukkan adanya peningkatan osmolitas plasma yang nyata, tetapi tidak untuk Na+ insang dan aktifitas K+-ATPase. Pemberian kortisol (50 µg/g bobot tubuh) juga dapat meningkat ketersediaannya dalam mempertahankan osmolitas plasma; meningkatkan Na+ insang dan aktivitas K+-ATPase. oGH (5 µg/g bobot tubuh) juga dapat meningkatkan kemampuan hypoosmoregulatory dan Na+ insang dan aktifitas K+-ATPase. Gabungan antara oGH dan kortisol dapat meningkatkan kemampuan hypoosmoregulatori tetapi tidak meningkatkan Na+ insang, aktifitas K+-ATPase. rbIGF-I (0.5 µg/g bobot tubuh) tidak memiliki efek dalam peningkatan toleransi terhadap salinitas atau Na+insang, aktifitas K+-ATPase. rbIGF-I dan oGH menunjukkan interaksi yang positif dalam meningkatkan toleransi terhadap salinitas, tetapi tidak untuk Na+ insang dan aktifitas K+-ATPase. Perlakuan dengan T3 (5 µg/g bobot tubuh) tidak berdampak terhadap peningkatan toleransi terhadap salinitas, Na+ insang, aktifitas K+-ATPase dan pengaruhnya tidak konsisten nyata jika digunakan bersamaan dengan kortisol dan T3 atau antara GH dan T3.
Untuk ikan air tawar, organ yang terlibat dalam osmoregulasi antara lain insang, usus dan ginjal. Sel-sel yang berperan dalam organ insang untuk proses tersebut adalah mitokondria-rich (MR) dan role of pavement2. Struktur insang memiliki hubungan dengan kemampuan toleransi terhadap kisaran salinitas. Bhal ini ditunjukkan dengan histologi dari struktur insang Caprella (Amphipoda: Caprellidea) (yaitu C. danilevskii, C. subinermis, C. penantis R-type dan C. verrucosa ) yang dikumpulkan dari komunitas Sargassum di timur-daya Jepang dan diamati di bawah mikroskop elekron. Epitel se linsang C. danilevskii , C. subinermis , dan C. verrucosa terdiri-dari perkembangan apical infolding system (AIS) dan basolateral infolding system (BIS) yang dihubungkan dengan mitokondria. Percobaan tentang toleransi terhadap salinitas dari empat spesies Caprella mengindikasikanbahwa konsentrasi median letalnya (LC 50) pada 20 oC berkisar antara 12.97 – 18.84 practical salinity unit (p.s.u.) dengan kelangsungan hidup lebih dari 80% pada kondisi salinitas di atas 25.37 p.s.u. bahkan selama 5 hari. Karakteristik insang dan lebarnya rentang toleransi salinitas pada Caprella spp. menunjukkan bahwa Caprella spp. yang menghuni komunitas Sargassum merupakan organisme yang eurihalin.