Ocena brak

Układy wydalnicze u zwierząt

Autor /wera Dodano /31.01.2012

Wydalanie to proces pozbywania się szkodliwych produktów przemiany materii, które powstają w komórkach zwierząt.
Wszystkie zwierzęta muszą pozbywać się niepotrzebnych lub szkodliwych pro­duktów przemiany materii. W prze­ciwnym razie te substancje, czyli metabolity, mogłyby uniemożliwić proces przemiany materii i zatruwałyby organizm. Wydalanie zapewnia moż­ność utrzymania odpowiedniego stopnia uwod­nienia komórek i ma wpływ na ilość substancji warunkujących odczyn kwasowy lub zasadowy płynów ciała. Ma także wpływ na ciśnienie osmo-tyczne, które jest odzwierciedleniem różnicy stę­żeń pomiędzy płynami ciała, a wodnymi roztwo­rami różnych substancji obmywających komórki.
Zwierzęta muszą pozbywać się szkodliwych produktów przemiany materii w sposób nie po­wodujący zatrucia ekosystemu, w którym żyją. Metoda wydalania metabolitów jest zależna od budowy ciała zwierzęcia i środowiska, w którym ono żyje. Na przykład pustynny wielbłąd musi oszczędzać wodę, a słodkowodna ryba musi pozby­wać się jej nadmiaru. Dlatego narządy wydalnicze są zróżnicowane pod względem kształtu, wielko­ści, liczby, funkcji i umiejscowienia w ciele.

Szkodliwe produkty
Szkodliwymi produktami przemiany materii w ko­mórkach zwierzęcych są w zasadzie substancje azotowe, jednak z ciała musi być także usuwana woda, dwutlenek węgla i odchody. Dwutlenek węgla, który jest produktem oddychania, usuwany jest poprzez powierzchnię skrzeli albo płuca. Nie strawione resztki pokarmu są usuwane przez odbyt, który znajduje się na końcu układu pokarmowego. Często w odchodach znajdują się też metabolity azotowe, takie jak na przykład barwniki żółciowe.
W wyniku rozpadu aminokwasów, wytwarza­nych w czasie trawienia podczas rozkładu białek powstają szkodliwe związki azotu. Potem są one spalane. Na początku tego procesu z cząsteczki aminokwasu jest odrywana grupa aminowa i pow­staje amoniak, a pozostała część zamienia się w energię. Wskutek tego otrzymujemy wodę (H2O) i dwutlenek węgla (C02), a energia jest magazyno­wana w postaci cząsteczek kwasu adenozyno-trifosforowego (ATP).

Wydalane substancje
U różnych zwierząt metabolity azotowe są wyda­lane w różny sposób. W dużym stopniu zależy to od środowiska i sposobów rozmnażania orga­nizmów. Amoniak bardzo dobrze rozpuszcza się w wodzie, jest jednak bardzo trujący, tak więc zanim zostanie wydalony, musi być rozcieńczony w dużej ilości wody. Zwierzęta żyjące w wodzie mogą wydalać mieszaniny złożone z amoniaku i z wody. Większość zwierząt musi jednak oszczę­dzać płyny. W ich organizmach nie zachodzi pro­ces rozpuszczania amoniaku, przetwarzają go one do postaci mocznika lub kwasu moczowego.
Mocznik powstaje w komórkach wątroby w dro­dze połączenia amoniaku z dwutlenkiem węgla. Gorzej rozpuszcza się w wodzie, jest jednak dla komórek 100000 razy mniej toksyczny. Kwas moczowy nie rozpuszcza się w wodzie i nie jest zbyt toksyczny, toteż może być wydalony w posta­ci suchej. Ma to ogromne znaczenie dla zwierząt lądowych, gdyż dzięki temu oszczędzają one wodę. Kwas moczowy wydalają ślimaki lądowe, ptaki i niektóre gady. U ptaków jest on zmieszany z nie strawionymi resztkami pokarmu i nadaje odcho­dom barwę białą. U ssaków nerki wytwarzają wod­nisty, żółty mocz, którego głównym składnikiem jest mocznik oraz w mniejszej ilości chlorki, fos­forany i siarczany.
To, czy zwierzę wydala mocznik, czy kwas mo­czowy, w dużym stopniu zależy też od sposobu rozmnażania się. U ssaków, u których potomstwo rozwija się wewnątrz ciała samicy, mocznik może być odbierany od zarodka przez układ krwionośny matki. Potomstwo wewnątrz skorupki jaja nie może przekazywać mocznika: gazy mogą przeni­kać w obie strony przez skorupkę, lecz płyny nie, toteż gdyby zarodek wytwarzał mocznik, szybko zatrułby się własnymi wydalinami. Z tego wzglę­du wytwarza on nierozpuszczalny w wodzie kwas moczowy, który odkłada się wewnątrz jaja.
Niektóre zwierzęta wydalają dwa rodzaje sub­stancji azotowych. Krokodyle wytwarzają na przy­kład kwas moczowy i amoniak, a żółwie wodne amoniak i mocznik. Liczne płazy w okresie larwal­nym wydalają amoniak, a gdy dorosną i ich tryb życia zmienia się na lądowy, wydalają mocznik. Żółwie lądowe przystosowały się do życia w su­chym środowisku w ten sposób, że gdy jest wil­gotno, wydalają mocznik, w suchych porach roku wytwarzają kwas moczowy.

Sposoby wydalania u bezkręgowców
Komórki pierwotniaków otacza woda, toteż zwie­rzęta te nie wytworzyły organelli wydalniczych. Metabolity przenikają po prostu bez przeszkód przez powierzchnię błony komórkowej w drodze dyfuzji. Jednak niektóre pierwotniaki muszą kon­trolować stan uwodnienia swoich komórek.
U słodkowodnych gatunków pierwotniaków substancje rozpuszczone w płynie komórki spra­wiają, że stężenie wody jest tam mniejsze niż na zewnątrz. Tak więc woda ciągle wpływa do wnę­trza komórki w drodze osmozy, gdyż błona ko­mórkowa nie jest dla niej istotną barierą. Gdyby nadmiar wody nie był usuwany, komórka zwięk­szałaby swą objętość i w końcu pękłaby. Dlatego słodkowodne pierwotniaki są wyposażone w spe­cjalne struktury zwane wodniczkami (wakuolami) tętniącymi, które co jakiś czas usuwają nadmiar wody. Do dużego zbiorniczka otoczonego błoną wpływa ciągle woda, która przedostaje się z okala­jących go mniejszych zbiorniczków. Kiedy wakuola jest pełna, przesuwa się w kierunku brzegu komórki, jej błona łączy się z błoną komórkową, a woda wylewa się na zewnątrz. W płynach wy­pełniających wodniczki tętniące znajduje się mocz­nik, amoniak i dwutlenek węgla, których stężenie jest tam większe niż w samym płynie komór­kowym. Tak więc w pewnym stopniu wodniczki tętniące mogą być uważane za struktury wydalnicze. Organizmy morskie nie posiadają wodniczek tętniących, gdyż stężenie płynów w ich komórkach jest bardzo zbliżone do stężenia wody morskiej i w związku z tym, nie ma między tymi miejsca­mi dużego ciśnienia osmotycznego.
Większe bezkręgowce, takie jak robaki, nie mo­gą wydalać wyłącznie w drodze osmozy, więc mu­szą posiadać wyspecjalizowane narządy wydalnicze. Najprostszym z nich jest nefrydium. Nefrydia wykształcają się z powłok ciała, które wnikają do wnętrza zwierzęcia. Mają zasadniczo kształt ka­nalików, które w pewnych rejonach są zmody­fikowane. Znane są dwa główne typy nefrydiów - protonefrydia, które występują u płazińców i wieloszczetów oraz metanefrydia, które posiada na . przykład dżdżownica. W metanefrydium oba końce kanalika są otwarte, natomiast w protonefrydium jeden koniec jest zamknięty i od tej strony z ciała w drodze filtracji przedostają się wydalane substan­cje. Robaki wydalają szkodliwe substancje w różny sposób; płazińce, na przykład wypławki, za po­średnictwem jelita i powierzchni ciała, natomiast dżdżownice całą powierzchnią ciała lub za pośred­nictwem specjalnych gruczołów.
U ślimaków wodnych amoniak transportowa­ny przez krew jest wydalany na zewnątrz przez skrzela. U niektórych gatunków lądowych mięcza­ków amoniak jest wydalany przez płuca, jednak ten sposób nie jest zbyt wydajny. Wszystkie mię­czaki posiadają nerki, których podstawowym zada­niem jest regulacja stężenia soli we krwi, dzięki czemu utrzymana jest równowaga jonowa. Nerki tych bezkręgowców są utworzone z licznych kana­lików, w których znajdują się rzęski (cilia), a wyda­liny są usuwane w postaci moczu.

Skorupiaki, owady, pająki
Skorupiaki wydalają większość azotowych produk­tów przemiany materii przez skrzela. Substancja­mi tymi są przede wszystkim amoniak i mocznik. Bezkręgowce te usuwają wydaliny także innymi drogami. Twarde powłoki ciała skorupiaków (kutykula) są w dużym stopniu przepuszczalne, co umożliwia im wydalanie amoniaku. W dodatku specjalne komórki w skrzelach oraz u nasady odnó­ży zbierają i magazynują wydaliny. Oprócz tego skorupiaki posiadają na głowie, często u podsta­wy czułków, parzyste narządy zwane gruczołami czułkowymi lub zielonymi. Biorą one udział przede wszystkim w utrzymaniu równowagi jonowej w płynach ciała organizmu, jednak wydalają też niektóre azotowe metabolity.
Pajęczaki i owady posiadają narządy wydalnicze - są nimi tak zwane cewki Malpighiego. W ciele jednego osobnika może być ich od dwóch do stu. Są one zachyłkami przewodu pokarmowe­go zanurzonymi w płynach jamy ciała. Do wnę­trza tych cewek wydzielane są sole, głównie sole potasu, co powoduje powstanie ciśnienia osmotycznego. Wywołuje ono przepływ wody z wyda­linami do światła kanalików. W końcowym odcin­ku jelita specjalne gruczoły powtórnie wchłaniają większość wody i sole, a zostawiają kwas moczo­wy. Substancja ta i inne wydaliny mieszają się następnie z odchodami i są usuwane z organizmu w postaci prawie suchej. Taki sposób wydalania, pozwalający oszczędzać wodę, spowodował, że owady skolonizowały środowiska lądowe.

Układy wydalnicze kręgowców
Kręgowce posiadają wyspecjalizowany, wydajny układ krwionośny. W tej grupie zwierząt wraz z rozwojem ewolucyjnym następuje coraz więk­szy związek układu krwionośnego z wydalniczym.
Narządy wydalnicze przestają zbierać metabolity z różnych części ciała, a stają się coraz bardziej związane z układem krążenia. Podstawowym na­rządem wydalniczym kręgowców są parzyste nerki, które odfiltrowują z krwi metabolity, wchła­niają potrzebne organizmowi substancje oraz wydalają zbędne produkty przemiany materii. Początkowy przesącz nerek, czyli tak zwany mocz pierwotny, ma bardzo podobny skład chemiczny do składu osocza krwi.
Podstawowym elementem nerki wszystkich krę­gowców jest nefron, czyli kanalik nerkowy. Kiedy pierwotny przesącz przepływa przez nefron, nastę­puje powtórne wchłanianie potrzebnych organi­zmowi substancji. Są nimi glukoza, aminokwasy, sole i woda. Równocześnie następuje wydzielanie do wnętrza nefronu jonów, zbędnych cząsteczek wielu substancji i nadmiaru wody. U ssaków i pta­ków środkowy odcinek nefronu tworzy pętlę, zwaną pętlą Henlego. Dzięki temu nerki tych krę­gowców są szczególnie wydajne. U licznych krę­gowców za wydalanie metabolitów i utrzymanie prawidłowego uwodnienia organizmu odpowia­dają inne części ciała - skóra, płuca lub skrzela oraz układ pokarmowy. Niektóre gady i morskie ssaki posiadają na głowach gruczoły solne, które usuwają na zewnątrz nadmiar soli.
Płyny ciała słodkowodnej ryby mają większe stężenie niż roztwór wodny, w którym ryba pływa, tak więc wskutek osmozy do ciała ryby nieustan­nie przedostaje się woda. Przepływa ona przez nefrony nerki i nie jest tam wchłaniana, dlatego ryby słodkowodne wytwarzają bardzo rozwodnio­ny mocz. Jednak ryby kostne żyjące w słonych wodach nieustannie tracą wodę i dlatego muszą pić wodę morską, aby uzupełnić braki. Nadmiar soli wydalają przez skrzela. Ich nerki wytwarzają niewielką ilość moczu.
Większość zamieszkujących morza rekinów i płaszczek przezwycięża ten problem w inny spo­sób. Zamiast wypompowywać jony na zewnątrz swego ciała, wchłaniają mocznik i utrzymują jego duże stężenie w swych tkankach. Stężenie mocz­nika w tkankach tych ryb jest około 100 razy więk­sze niż u ssaków. Dzięki temu płyny ciała mają takie stężenie jak morska woda, tak więc ich orga­nizmy tracą niewielkie ilości wody poprzez osmo­zę. Dobrze rozwinięte*nerki tych ryb wydalają duże ilości moczu i nadmiar soli.

Płazy, ptaki, gady
Płazy wydalają mocznik i nie wytwarzają moczu o większym stężeniu niż stężenie ich krwi. Kiedy przebywają na lądzie, tracą wodę w drodze paro­wania. Aby uchronić ciało przed odwodnieniem, ich nerki spowalniają tempo filtracji. Pod wpły­wem hormonów ściany pęcherza przepuszczają łatwiej wodę, co pozwala płazom magazynować rozcieńczony mocz jako zapas wody.
Ptaki i gady wytwarzają kwas moczowy i w ta­kiej postaci wydalają metabolity azotowe. Sub­stancja ta nie jest magazynowana w pęcherzu, lecz przechodzi bezpośrednio do kloaki, znajdującej się na końcu układu pokarmowego. Stamtąd, wraz z nie strawionymi resztkami pokarmu, kwas mo­czowy jest usuwany na zewnątrz. Gatunki żyjące nad morzem posiadają wyspecjalizowane gruczoły usuwające nadmiar soli, zlokalizowane na głowie u nasady dzioba lub w okolicach oczu.
Gady lądowe, tak jak inne zwierzęta żyjące w tym środowisku, muszą prowadzić oszczędną gospodarkę wodną. Ścianki ich kanalików nerko­wych wchłaniają wodę, jednak proces ten nie jest zbyt wydajny, gdyż mocz gadów nie może być bar­dziej stężony niż osocze krwi.

Ssaki
Nerki ssaków wchłaniają wodę z moczu pierwotne­go bardzo wydajnie i wykształcenie się tego narzą­du stanowiło wielki krok naprzód w ewolucji tych kręgowców. Mocz wielbłąda, na przykład, ma stę­żenie ośmiokrotnie większe od stężenia krwi, a stę­żenie moczu małych pustynnych gryzoni, jest nawet dwadzieścia razy większe. Nerki u ssaków są wydajne dzięki obecności pętli Henlego, która zwiększa stężenie soli w otaczających ją tkankach i dzięki temu woda w drodze osmozy przenika z nefronu na zewnątrz. Długość pętli Henlego jest proporcjonalna do poziomu stężenia moczu osta­tecznego, który wytwarza nerka.

Do góry