Выделение у живых организмов

Понятие о выделении. В про­цессе обмена веществ в клетках живых организмов образуются ко­нечные продукты. Среди них могут быть и ядовитые для клеток вещества. При распаде аминокислот, нуклеиновых кислот и других азот­содержащих соединений образуют­ся токсичные аммиак, мочевина и мочевая кислота, которые по мере

их образования подлежат выведе­нию из организма. Из организма выводится также избыток воды, ми­неральных солей, витаминов, гор­монов, яды, поступившие вместе с воздухом, пищей и водой, лекар­ственные препараты и др.

Выделение у протистов и жи­вотных. У протистов легкораство­римые экскреты (аммиак, мочеви­на, углекислый газ и др.) выводят­ся путем диффузии. У низших вод­ных многоклеточных животных (например, у кишечнополостных) продукты обмена также удаляются путем диффузии через поверхность тела.

По мере усложнения организа­ции у животных развиваются спе­циальные выделительные органы, осуществляющие выведение отхо­дов и избытка веществ из организ­ма в окружающую среду. Такими органами выделения являются про-тонефридии (у плоских червей), метанефридии (у кольчатых чер­вей, членистоногих, моллюсков, ланцетников), малъпигиевы сосуды (у насекомых и паукообразных), почки (у позвоночных хордовых животных).

При всем многообразии органов выделения в основе их функциони­рования лежат два основных про­цесса: ультрафильтрация и актив­ный транспорт.

При улътрафилътрации жид­кость под давлением проходит че­рез полупроницаемую мембрану, которая задерживает белки и дру­гие крупные молекулы, но пропус­кает воду и низкомолекулярные растворенные вещества.

Активный транспорт осуще­ствляет движение растворенных веществ против концентрационно­го и электрохимического градиен­тов, что связано с затратами энер­гии. Если эти вещества переносятся из внутренней среды животного в полость органа выделения, то этот процесс называют активной сек­рецией. Если же перенос осущест­вляется в обратном направлении, то он называется активной реабсорбцией.

Как правило, в выделительных органах фильтрационная система дополняется процессами активного транспорта.

Протонефридии встречаются у животных, не имеющих полости тела. Они представляют собой сис-

тему ветвящихся по всему телу ка­нальцев, открывающихся наружу одним или несколькими отверсти­ями. Внутренние многочисленные концы канальцев слепо замыкают­ся конечной, расширенной в виде луковицы клеткой с отростками (рис. 4.15,а). От клетки в полость канала выступает одна ресничка либо пучок ресничек.

Метанефридии имеются у жи­вотных, обладающих вторичной полостью тела (целомом). Для них характерно отсутствие ветвления канальца. На внутреннем конце канал открывается воронкой, об­ращенной в просвет целома (рис. 4.15,6).

И протонефридии, и метанеф­ридии функционируют как филь-трационно-реабсорбционная поч­ка, в которой жидкость сначала образуется путем фильтрации, а затем ее состав видоизменяется при прохождении по мочевому ка­нальцу. Различие заключается в деталях. Так, вещества для выве­дения протонефридиями поступа­ют в канал из окружающих кон­цевую клетку тканей и органов за счет градиента концентрации, со­здаваемой работой ресничек. Ве­щества для выведения метанефри-диями поступают из целомическои жидкости.

Мальпигиевы сосуды насеко­мых и паукообразных представле­ны многочисленными длинными трубочками, открывающимися в пищеварительный канал в месте соединения средней и задней кишок (рис. 4.15,в). Слепо замкнутые кон­цы мальпигиевых сосудов омыва­ются гемолимфой, заполняющей полость тела. В механизме работы мальпигиевых сосудов отсутствует начальная ультрафильтрация. Пу­тем активного транспорта мочевая кислота поступает в просвет каналь­цев, а из них в заднюю кишку и в смеси с остатками непереваренной пищи выводится из организма.

Почки позвоночных функцио­нируют по принципу фильтрации-реабсорбции, к которой добавляет­ся секреция в канальцах.

Почки наземных позвоночных — пресмыкающихся, птиц и млекопи­тающих — представляют собой пар­ные органы бобовидной формы, рас­положенные в полости тела, ближе к спинной стороне (рис. 4.16). От

каждой почки к мочевому пузырю отходит мочеточник. В мочевом пузыре моча накапливается и затем выводится наружу через мочеиспускательный канал.

Структурная и функционалы единица почки — нефрон представляет собой сложную эпителиальную трубочку, один конец которой расширен в виде чашечки и слепо замкнут, а второй открывается в почечную лоханку через собирательный проток (рис. 4.17). У человека в каждой почке насчитывается 1 млн нефронов.

К чашечке нефрона пoдxoдит приносящая артериола, распадающаяся в ее углублении на сеть мельчайших капилляров — почечный клубочек. Затем капилляры вновь соединяются и образуют вы- носящую артериолу. За счет того, что диаметр приносящей артерио-лы вдвое больше диаметра выносящей, в капиллярах почечного клубочка поддерживается высокое давление крови, под влиянием которого вода и растворенные в ней вещества выходят (фильтруются) из крови в просвет чашечки. Так образуется первичная моча, объем которой за сутки у человека дос­тигает 150—180 л.

В почечном канальце происходит обратное всасывание (реабсор-бция) в кровеносные капилляры воды, аминокислот, глюкозы, ви­таминов, нужных организму солей. Это достигается благодаря тому, что артериола, выходящая из капсулы, снова образует сплетение капилляров вокруг канальца в раз­ных его участках. Из-за отсутствия реабсорбции мочевины, мочевой кислоты и некоторых других продуктов жизнедеятельности клеток их концентрация увеличивается в просвете нефрона. В итоге через собирательные трубочки вторичная (конечная) моча поступает в почеч­ную лоханку и далее по мочевыво-дящим путям покидает организм. За сутки почки вырабатывают око­ло 1,5 л мочи.

Выделительная система живот­ных, таким образом, выполняет множество функций. К ним отно­сятся: поддержание определенной концентрации воды в клетках и в

теле, поддержание определенного давления крови и постоянного уров­ня ее ионного состава и др. Все эти функции связаны с обеспечением сохранения постоянства внутренней среды организма.

Кроме почек, у высших позво­ночных животных выделительную функцию осуществляют также кожа, легкие и печень. Вода, моче­вина и соли активно выводятся из кожных кровеносных капилляров в протоки потовых желез, а из них на поверхность кожи. Через печень осуществляется выведение желч­ных пигментов, образующихся при расщеплении гемоглобина погиб­ших эритроцитов. В составе желчи эти пигменты в конечном итоге выводятся через кишечный тракт наружу.

Углекислый газ — один из ос­новных конечных продуктов дыха­ния — выводится диффузно в ок­ружающую среду (у одноклеточных и мелких многоклеточных живот­ных) или в кровь и далее через орга­ны дыхания — во внешнюю среду.

Выделение у растений. У рас­тений процессы выделения суще­ственно отличаются от таковых у животных, так как растения син­тезируют в нужном количестве все необходимые им органические ве­щества. Например, белка в расте­ниях образуется столько, сколько его необходимо в данный момент, и поэтому растения выделяют мало азотистых отходов, образующихся при расщеплении белков. Диоксид углерода, кислород и вода — конеч­ные продукты обмена веществ — вновь используются растениями как исходные вещества для других реакций.

У растений нет специальной выделительной системы, как у жи­вотных. Избыток углекислого газа из клеток диффузно поступает в межклеточное пространство и через устьица, чечевички или трещины в корке выводится во внешнюю сре­ду. Через устьица и чечевички осу­ществляется также испарение воды и других продуктов жизнедеятель­ности (например, спиртов, альдеги­дов, терпенов).

Многие органические отходы метаболизма откладываются в от-

мерших тканях (например, в дре­весине), а также в периодически сбрасываемых листьях и коре. Тело многолетних растений состоит в основном из омертвевших тканей. Продукты жизнедеятельности скап­ливаются в этих тканях и не ока­зывают вредного воздействия на активность живых тканей. Анало­гичным образом могут накапли­ваться многие минеральные соли, поглощаемые растением в виде ионов. Накопление их связано с разным использованием катионов и анионов. Органические кислоты, способные нанести вред растению, часто связываются с избыточными катионами и выпадают в виде не­растворимых кристаллов, которые могут сохраняться в клетках рас­тения, не причиняя им вреда. Осо­бенно много этих кристаллов накап­ливается в вакуолях листьев, затем они удаляются из организма вмес­те с опавшей листвой во время ли­стопада. Вредные вещества удаля­ются из растения также с опадаю­щими после цветения лепестками, плодами, семенами.

У водных растений основная масса отходов метаболизма выво­дится путем диффузии прямо в ок­ружающую среду.

Для живых организмов характерно выделение - процесс выведения в окружающую среду конечных продуктов обмена, избыточных и ядовитых веществ, образовавшихся в клетках организма либо поступивших в него с водой, пищей и воздухом. выделение осуществляется через всю поверхность тела или при помощи специализированных выделительных органов.

В основе функционирования органов выделения лежат два основных процесса – ультрафильтрация и активный транспорт.

У растений выделение осуществляется диффузно через устьица, чечевички, трещины в коре. Многие органические отходы метаболизма откладываются в отмерших тканях или поступают в листья.

1. Каково назначение выделительной систе­мы у животных?

2. Как осуществляется выделительная функ­ция у животных разных групп?

3. Какие основные процессы, определяющие состав конечной мочи, происходят в почке позвоночных животных?

4. Каковы особенности процессов выделе­ния у растений?