Учебник. Экскреция

В процессе жизнедеятельности накапливаются различные продукты метаболизма, мешающие поддержанию нормальных условий в организме. Для поддержания постоянства внутренней среды необходимо выведение их из организма, или экскреция.

Экскреции подлежат углекислый газ и вода (продукты аэробного дыхания), соли и азотистые соединения (поступают в организм с пищей) и другие вещества. У фотосинтезирующих автотрофов также выделяется кислород. В процессе экскреции удаляются отходы метаболизма, которые могут сместить равновесие биохимических реакций, и просто вредные для организма вещества, регулируется pH, а также водный и ионный баланс в жидкостях тела.

Экскреция сопровождается тремя процессами: ультрафильтрацией (удаление из раствора растворённых веществ при его прохождении через фильтр; образующийся при этом раствор называется фильтратом), избирательной реабсорбцией (обратное поглощение веществ из фильтрата) и секрецией (выделение веществ в фильтрат).

Растения синтезируют все необходимые им вещества в нужном количестве, и больших проблем с экскрецией у них нет. Молекулярный кислород диффундирует в окружающую среду через листья, избыток воды также испаряется через поры, а большинство органических отходов откладываются в омертвевших тканях (например, древесине) или связываются в живых клетках, становясь безвредными. Другие отходы поступают в листья, где накапливаются, придавая им характерную окраску перед опаданием.

У одноклеточных животных выделение происходит непосредственно через клеточную мембрану, у низших беспозвоночных – через эпидермис. У животных, стоящих на более высокой ступени эволюции, развились специальные органы, выполняющие функцию экскреции. Углекислый газ выделяется через лёгкие, трахеи или жабры; вода, мочевина и соли – через кожу (с потом) и почки (с мочой). Экскреция желчных пигментов происходит через печень и выводится из организма с калом.

Азотистые экскреты – продукты распада белков и нуклеиновых кислот – выводятся из организма в виде аммиака, мочевины и мочевой кислоты. Следует отметить, что высокотоксичный аммиак образуется, в основном, у водных животных. Путём диффузии он выводится в окружающую среду, не успевая достигнуть вредных для организма концентраций. Некоторые рыбы выделяют азот также в виде триметиламиноксида, придающего им характерный запах. Продукты распада нуклеиновых кислот могут также выделяться в виде аллантоина, креатина и гиппуровой кислоты. Все три вещества образуются в печени из других отходов метаболизма.

Жизненно важным для организмов является также регуляция содержания воды. У растений эта регуляция происходит посредством осмоса, а также благодаря дополнительным возможностям (открывание и замыкание устьиц, сбрасывание листвы, существование в периоды сильной засухи в виде семян и спор). У морских растений возникают дополнительные проблемы из-за повышенной солёности среды обитания; некоторые из них способны регулировать содержание солей в организме, выделяя эти соли через железы в листьях.

Выделительные системы животных отличаются большим разнообразием. Простейшие выделяют экскреты через сократительные вакуоли. Кишечнополостные выделяют токсичные продукты путём диффузии непосредственно в воду. У плоских червей основная масса отходов выходит через ротовое отверстие, однако имеется и выделительная система – канальцы, называемые протонефридиями. Более развиты органы выделения у кольчатых червей; вода и продукты выделения у них выводятся наружу через нефридии. Насекомые выводят отходы через мальпигиевы сосуды, впадающие в прямую кишку; по мере продвижения отходов к выходу вода из них всасывается обратно, и из организма выводятся совершенно сухие экскременты в виде шариков. Водные членистоногие выводят азотистые отходы и воду через антеннальные железы, открывающиеся наружу п рой возле ротового отверстия.

Органы выделения позвоночных более эффективны благодаря наличию почек. Почки состоят из большого количества нефронов, вступивших в тесный контакт с кровеносными сосудами и открывающихся в перикардиальную полость (предпочка у зародышей рыб), собирательный проток, ведущий к мочеполовому отверстию (первичная почка у рыб и амфибий) или почечную лоханку, соединённую с мочевым пузырём (вторичная почка у высших позвоночных). Отметим, что почки являются не только органами выделения, но и органами регуляции. Морские пресмыкающиеся имеют также дополнительные органы выделения – солевые железы, открывающиеся возле глаз; отсюда создаётся впечатление, что животное плачет. Похожие железы, ведущие в носовую полость, имеются и у некоторых морских птиц. Яйца рептилий и птиц заключены в плотную оболочку, предохраняющую их от обезвоживания, а мочевая кислота накапливается в мешковидной структуре – аллантоисе.

Тонкая регуляция осмотического давления воды в крови осуществляется за счёт антидиуретического гормона (АДГ). Он хранится в гипофизе и освобождается по сигналам хеморецепторов при сгущении плазмы. Действие АДГ основано на изменении проницаемости для воды стенок дистального канальца и собирательной трубки.

Регуляция содержания ионов натрия осуществляется за счёт выделяемого надпочечниками гормона альдостерона, стимулирующего активный перенос этих ионов обратно из фильтрата. Наконец, регуляция pH (в нормальной крови эта величина равна 7,4) происходит за счёт экскреции ионов водорода.