§ 9. Выделение у животных

Жизненно необходимый процесс выведения из организма животного во внешнюю среду конечных продуктов метаболизма, избыточного количества воды, минеральных солей и ядовитых токсичных соединений, образовавшихся в ходе жизнедеятельности или поступивших извне.

• 1. Биологическая функция — поддержание гомеостаза, то есть стабильного физико-химического состава и осмотического давления жидкостей внутренней среды (цитоплазмы, крови, лимфы).
• 2. Главные метаболиты — азотистые шлаки распада белков и нуклеиновых кислот: аммиак (у пресноводных рыб), мочевина (у млекопитающих и амфибий) и малорастворимая мочевая кислота (у птиц, рептилий и насекомых).

Специализированный анатомический комплекс органов, выполняющих фильтрацию тканевых жидкостей тела или крови, обратное всасывание ценных веществ и удаление концентрированных жидких токсичных отходов.

• 1. Общий принцип работы — ультрафильтрация жидкости → реабсорбция воды, сахаров и ионов → секреция токсинов → эвакуация вторичной мочи наружу.
• 2. Взаимодействие органов — в выделении также принимают участие органы дыхания (выводят CO2 и пары воды), покровы и потовые железы (выводят соли и воду) и пищеварительный тракт с печенью (удаляют желчные пигменты и тяжелые металлы).

Эволюционно древние трубчатые выделительные органы беспозвоночных животных.

• 1. Протонефридии — замкнутая разветвленная сеть канальцев у плоских червей (белой планарии), берущая начало в паренхиме звёздчатыми пламенными клетками с пучком колеблющихся ресничек, ток которых прогоняет фильтрат к выводным наружным порам.
• 2. Метанефридии — сегментарные парные извитые трубки у кольчатых червей (дождевого червя); открываются мерцательной воронкой с ресничками в полостную жидкость одного сегмента тела, а выводящей порой — наружу на стенке соседнего членика.

Высокоэффективные органы выделения наземных членистоногих (насекомых, паукообразных, многоножек).

• 1. Строение и расположение — тонкие слепо замкнутые трубочки, плавающие в гемолимфе полости тела и открывающиеся своими устьями в просвет пищеварительного тракта на стыке средней и задней кишки.
• 2. Механизм адаптации к суше — поглощают из гемолимфы кристаллы мочевой кислоты и воду; в задней кишке происходит мощное обратное всасывание воды обратно в гемолимфу, благодаря чему выделения выводятся практически сухими, сохраняя драгоценную воду в организме.

Главные парные компактные органы выделения позвоночных животных, осуществляющие непрерывную микрофильтрацию артериальной крови.

• 1. Нефрон — микроскопическая функциональная единица почки, состоящая из почечного клубочка капилляров, капсулы и длинных извитых канальцев.
• 2. Туловищные (лентовидные) почки — функционируют у первичноводных анамний (круглоротых, рыб, земноводных), приспособлены к прокачке больших объёмов пресной или морской воды.
• 3. Тазовые (бобовидные) почки — эволюционное приобретение высших наземных амниот (рептилий, птиц, млекопитающих); обладают длинными петлями нефронов, обеспечивающими глубокую реабсорбцию воды и концентрирование мочи.

Значение выделения в организме заключается в следующем:

• Защита от самоотравления (эндогенной интоксикации): в процессе расщепления аминокислот и белков непрерывно образуются ядовитые азотистые соединения (аммиак, мочевина), накопление которых приводит к параличу ферментов, разрушению клеточных мембран и гибели организма.
• Поддержание водно-солевого баланса (осморегуляция): выделительные органы контролируют объём воды в организме и концентрацию минеральных электролитов (натрия, калия, кальция, хлора).
• Обеспечение гомеостаза: стабильность химического состава крови и тканевой жидкости является непременным условием нормальной работы нервной, мышечной и кровеносной систем.

Выделительная система — это целостный анатомический комплекс специализированных органов (сократительных вакуолей, нефридиев, мальпигиевых сосудов или почек с мочеточниками и мочевым пузырём), задачей которого является извлечение из внутренней среды организма избытка воды, минеральных солей, токсичных азотистых шлаков катаболизма и чужеродных веществ и их направленное выведение во внешнюю среду.

Через различные вспомогательные органы выделения выводятся:

• Через лёгкие (и жабры): углекислый газ (главный летучий продукт тканевого дыхания), микрокапли водяного пара, а также летучие органические соединения (например, ацетон или эфирные фракции).
• Через кишечник: непереваренные остатки пищевых масс, избыток солей тяжелых металлов, а также продукты распада гемоглобина, поступающие в составе печёночной желчи (желчные пигменты билирубин и биливердин, придающие каловым массам характерный цвет).
• Через потовые железы кожи (у млекопитающих): вода, хлорид натрия (поваренная соль), следовые количества мочевины, мочевой кислоты и аммиака. При интенсивном потоотделении нагрузка на почки по выведению воды заметно снижается.

Новые понятия и их научные определения:

• Выделение (экскреция) — совокупность физиологических процессов освобождения биологической системы от отработанных, токсичных или избыточных метаболитов.
• Сократительная вакуоль — специализированный мембранный органоид одноклеточных пресноводных протистов, выполняющий функцию пульсирующего микронасоса для выкачивания избытка воды, поступающей в клетку осмотическим путём.
• Пламенная (звёздчатая) клетка — конечная замкнутая клетка протонефридиев плоских червей, пучок мерцательных жгутиков которой колеблется подобно языку пламени, создавая тягу жидкости по системе канальцев.
• Нефридии (протонефридии и метанефридии) — трубчатые сегментарные органы выделения и осморегуляции у беспозвоночных животных.
• Мальпигиевы сосуды — ветвящиеся слепые выделительные трубочки членистоногих, открывающиеся в среднюю кишку и адаптированные к максимальной экономии воды в засушливых условиях суши.
• Нефрон — элементарная морфофункциональная единица почки млекопитающих, включающая почечное тельце и почечные канальцы, где осуществляется ультрафильтрация крови и образование вторичной мочи.

Сообщение на тему «Значение процессов выделения у живых организмов»:

В живой клетке ни на секунду не затихает метаболизм: непрерывно сгорают углеводы, синтезируются и распадаются белки, обновляются клеточные структуры. Оборотной стороной жизнедеятельности становится накопление биологического «шлака» — азотистых токсинов (в первую очередь высокотоксичного аммиака), кислых метаболитов и лишних ионов.

Если бы у организмов отсутствовали выделительные механизмы, концентрация токсинов привела бы к необратимой коагуляции белков цитоплазмы и остановке метаболизма в течение считанных часов.

Эволюция выделительной системы демонстрирует филигранную адаптацию животных к условиям среды обитания:

• Пресноводные обитатели сталкиваются с постоянной угрозой разрыва клеток от осмотического притока воды, поэтому их выделительные вакуоли и туловищные почки непрерывно откачивают колоссальные объёмы гипотонической мочи.
• Обитатели аридных (засушливых) регионов — пустынные жуки, ящерицы, птицы — выработали способность выводить азот в виде нерастворимой пасты мочевой кислоты почти без потери драгоценной влаги с помощью мальпигиевых сосудов и тазовых почек.

Таким образом, выделительная система является главным хранителем постоянства внутренней среды организма (гомеостаза), даруя животным независимость от колебаний влажности и солёности окружающего мира.