41.3: Системи екскреції

Last updated
Save as PDF

Page ID: 1681

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

Навички для розвитку

Поясніть, як вакуолі, присутні в мікроорганізмах, працюють для виведення відходів
Опишіть спосіб, яким клітини полум'я і нефридії у глистів виконують видільні функції і підтримують осмотичний баланс
Поясніть, як комахи використовують мальпігійські канальці для виведення відходів та підтримки осмотичного балансу

Мікроорганізми і безхребетні тварини використовують більш примітивні і прості механізми позбавлення від своїх метаболічних відходів, ніж система нирок і сечовидільної функції ссавців. Три видільні системи еволюціонували в організмах перед складними нирками: вакуолі, полум'яні клітини та мальпігієві канальці.

Скорочувальні вакуолі в мікроорганізмах

Найголовніша особливість життя - наявність клітини. Іншими словами, клітина - це найпростіша функціональна одиниця життя. Бактерії - це одноклітинні прокаріотичні організми, які мають деякі найменш складні життєві процеси; однак прокаріоти, такі як бактерії, не містять мембранно-зв'язаних вакуолей. Клітини мікроорганізмів, таких як бактерії, найпростіші та гриби, пов'язані клітинними мембранами і використовують їх для взаємодії з навколишнім середовищем. Деякі клітини, включаючи деякі лейкоцити у людини, здатні поглинати їжу шляхом ендоцитозу - утворення бульбашок шляхом інволюції клітинної мембрани всередині клітин. Ці ж бульбашки здатні взаємодіяти і обмінюватися метаболітами з внутрішньоклітинним середовищем. У деяких одноклітинних еукаріотичних організмах, таких як амеба, показана на малюнку\(\PageIndex{1}\), клітинні відходи та надлишок води виводяться екзоцитозом, коли скорочувальні вакуолі зливаються з клітинною мембраною і виганяють відходи в навколишнє середовище. Скорочувальні вакуолі (CV) не слід плутати з вакуолями, які зберігають їжу або воду.

На цій ілюстрації клітина розширює псевдопод, щоб споживати частинку їжі. Споживана частинка інкапсулюється в везикулу. Бульбашка зливається з лізосомою, а білки всередині лізосоми перетравлюють частинку їжі. Після того як їжа перетравлюється, бульбашка зливається з клітинною мембраною, а неперетравлені залишки виводяться. — Малюнок\(\PageIndex{1}\): Деякі одноклітинні організми, такі як амеба, поглинають їжу шляхом ендоцитозу. Харчовий бульбашка зливається з лізосомою, яка перетравлює їжу. Відходи виводяться екзоцитозом.

Полум'я клітини планарії і нефридії глистів

Оскільки багатоклітинні системи еволюціонували, щоб мати системи органів, які розділили метаболічні потреби організму, окремі органи еволюціонували для виконання видільної функції. Планарії - плоскі черв'яки, які живуть у прісній воді. Їх видільна система складається з двох канальців, з'єднаних з сильно розгалуженою протокової системою. Клітини в канальцях називаються полум'яними клітинами (або протонефридіями), оскільки вони мають скупчення війок, яке виглядає як мерехтливе полум'я при перегляді під мікроскопом, як показано на малюнку\(\PageIndex{2}\) а Вії просувають відходи вниз по канальцях і з тіла через видільні пори, які відкриваються на поверхні тіла; вії також витягують воду з міжтканинної рідини, дозволяючи проводити фільтрацію. Будь-які цінні метаболіти відновлюються шляхом реабсорбції. Клітини полум'я містяться у плоских черв'яків, в тому числі паразитичних стрічкових черв'яків і вільно живуть планарії. Вони також підтримують осмотичний баланс організму.

На ілюстрації А показана комірка полум'я, яка має форму цибулини з віями, що виступають з одного кінця. Вії утворюють точку, як кінчик кисті, всередині як широкий отвір на кінці трубки клітини. Трубчаста клітина звужується в канальці, потім розширюється в тіло, де знаходиться ядро. Трубочка триває повз тіла клітини. На ілюстрації B показано поперечний переріз дощового черв'яка, який сегментований стінками, що розділяють кожен сегмент. Трубоподібний отвір нефридія стирчить зі стіни. Вії оточують отвір. За стіною нефридій утворює трубку, яка згортається до черевної поверхні, де з'єднується з отвором до зовнішньої сторони. Трохи вище отвору трубка розширюється в сечовий міхур. — Малюнок\(\PageIndex{2}\): У видільній системі (а) планарії вії полум'яних клітин просувають відходи через трубочку, утворену трубчастою клітиною. Канальці з'єднуються в розгалужені структури, які призводять до пір, розташованим з усіх боків тіла. Фільтрат виділяється через ці пори. У (б) аннелідах, таких як дощові черв'яки, нефридії фільтрують рідину з целому або порожнини тіла. Побиті вії при відкритті нефридія витягують воду з целоми в трубочку. У міру проходження фільтрату по канальцях поживні речовини та інші розчинені речовини реабсорбуються капілярами. Відфільтрована рідина, що містить азотисті та інші відходи, зберігається в сечовому міхурі, а потім виділяється через пори в бічній частині тіла.

Дощові черв'яки (аннеліди) мають трохи більш розвинені видільні структури, звані нефридіями, проілюстровані на малюнку\(\PageIndex{2}\) б., На кожному сегменті дощового черв'яка присутня пара нефридій. Вони схожі на клітини полум'я тим, що мають трубочку з віями. Виведення відбувається через пору, звану нефрідіопором. Вони більш розвинені, ніж клітини полум'я в тому, що вони мають систему канальцевої реабсорбції капілярною мережею перед виведенням.

Мальпігійські канальці комах

Мальпігійські канальці зустрічаються, що вистилають кишечник деяких видів членистоногих, таких як бджола, проілюстрована на малюнку\(\PageIndex{3}\). Вони зазвичай зустрічаються парами і кількість канальців змінюється залежно від виду комахи. Мальпігієві канальці звивисті, що збільшує їх площу поверхні, і вони вистелені мікроворсинками для реабсорбції і підтримки осмотичного балансу. Мальпігієві канальці працюють спільно зі спеціалізованими залозами в стінці прямої кишки. Рідини організму не фільтруються, як у випадку з нефридіями; сеча виробляється трубчастими механізмами секреції клітинами, що вистилають мальпігієві канальці, які купаються в гемолімфі (суміш крові та інтерстиціальної рідини, яка міститься у комах та інших членистоногих, а також більшості молюсків). Метаболічні відходи, такі як сечова кислота, вільно дифуються в канальці. Існують обмінні насоси, що вистилають канальці, які активно транспортують іони Н ⁺ в клітину, а іони K ⁺ або Na ⁺ назовні; вода пасивно слідує з утворенням сечі. Секреція іонів змінює осмотичний тиск, який втягує воду, електроліти та азотисті відходи (сечову кислоту) в канальці. Вода та електроліти реабсорбуються, коли ці організми стикаються з низьким вмістом води, а сечова кислота виводиться у вигляді густої пасти або порошку. Не розчинення відходів у воді допомагає цим організмам зберігати воду; це особливо важливо для життя в сухих середовищах.

На ілюстрації показаний травний тракт бджоли. Їжа потрапляє в рот, а потім через шлунок йде в кишечник. Мальпігієві канальці - це червиподібні випинання, які утворюють смугу навколо кишечника. Після кишечника їжа потрапляє в опуклість, звану прямою кишкою, і виходить через задній прохід. — Малюнок\(\PageIndex{3}\): Мальпігієві канальці комах та інших наземних членистоногих видаляють азотисті відходи та інші розчинні речовини з гемолімфи. Іони Na ⁺ ^{і/або K +} активно транспортуються в просвіт канальців. Потім вода потрапляє в канальці через осмос, утворюючи сечу. Сеча проходить і по кишечнику, і в пряму кишку. Там поживні речовини дифундують назад в гемолімфу. Іони Na ⁺ ^{і/або K +} закачуються в гемолімфу, і вода слідує за нею. Потім концентровані відходи виводяться з організму.

Посилання на навчання

Відвідайте цей сайт, щоб побачити розсіченого таргана, включаючи крупним планом погляд на його мальпігійські канальці.

Резюме

Багато систем розвинулися для виведення відходів, які простіше, ніж нирки та сечовидільні системи хребетних тварин. Найпростіша система - це скоротливі вакуолі, присутні в мікроорганізмах. Полум'яні клітини і нефридії у глистів виконують видільні функції і підтримують осмотичний баланс. Деякі комахи розвинули мальпігійські канальці для виведення відходів та підтримки осмотичного балансу.

Глосарій

полум'я осередку: (також, протонефридії) видільна клітина, виявлена у плоских черв'яків

Мальпінгійська канальця: видільні канальці, виявлені у членистоногих

мікроворсинки: клітинні процеси, що збільшують площу поверхні клітин

нефридія: видільні структури, виявлені в аннелідах

нефридіопор: пори, виявлені в кінці нефридій