Экскреция — это процесс, посредством которого метаболические отходы выводятся из организма. У позвоночных он в первую очередь осуществляется легкими, почками и кожей. Процесс контрастирует с секрецией, когда вещество может иметь конкретные задачи после выхода из клетки. Экскреция является важной составляющей во всех формах жизни. Например, у млекопитающих моча выводится через мочеиспускательный канал, который является частью выделительной системы. У одноклеточных организмов отходы выбрасываются непосредственно через поверхность клетки.
Каково биологическое значение экскреции?
Каждый организм, от самого маленького протиста до наиболее крупного млекопитающего, должен избавиться от потенциально вредных побочных продуктов своей жизнедеятельности. Этот процесс в живых существах называется ликвидацией, который может рассматриваться как охватывающий все различные механизмы, посредством которых жизненные формы утилизируют или выбрасывают отходы, токсичные вещества и мертвые части организма. Характер процесса и специализированных структур, разработанных для удаления отходов, сильно различается в зависимости от размеров и сложности организма.
Терминология
Четыре термина обычно связаны с процессами удаления отходов и часто используются взаимозаменяемо, хотя и не всегда правильно: экскреция, секреция, выделение и выведение.
Экскреция — это общий термин, относящийся к отделению и выбрасыванию отходов или токсичных веществ из клеток и тканей растения или животного.
Разделение, разработка и устранение определенных продуктов, возникающих в результате клеточных функций многоклеточных организмов, называется секрецией. Хотя эти вещества могут быть ненужным продуктом клетки, производящей их, они часто полезны для других клеток организма. Примерами секреции являются пищеварительные ферменты, продуцируемые клетками кишечной и поджелудочной ткани позвоночных животных, гормоны, синтезируемые специализированными железистыми клетками растений и животных, и пот, выделяемый железистыми клетками в коже некоторых млекопитающих. Секреция подразумевает, что секретируемые химические соединения синтезируются специализированными клетками. Они имеют функциональную ценность для организма. Поэтому утилизация обычных отходов не должна рассматриваться как секреторная.
Выделение — это акт выведения непригодного или непереваренного материала из клетки (как в случае одноклеточных организмов, так и из пищеварительного тракта многоклеточных животных).
Выведение — это удаление широко определяет механизмы удаления отходов живыми системами на всех уровнях сложности. Термин может использоваться взаимозаменяемо с выделением.
У клеток
Клеточное дыхание — это когда в организме происходит несколько химических реакций. Они известны как метаболизм. Эти химические реакции приводят к образованию отходов, таких как углекислый газ, вода, соли, мочевина и мочевая кислота. Накопление этих отходов сверх уровня внутри организма вредно. Экскреторные органы удаляют их. Экскреция — это процесс удаления метаболических отходов из организма.
У растений
Зеленые растения производят углекислый газ и воду в качестве дыхательных продуктов. У зеленых растений углекислый газ, выделяющийся при дыхании, используется во время фотосинтеза. Кислород является побочным продуктом, генерируемым во время фотосинтеза, и выходит через устьица, стенки корневых клеток и другие пути. Растения могут избавиться от лишней воды путем транспирации и потрошения.
Было показано, что лист действует как «экскретофор» и, помимо того, что является основным органом фотосинтеза, также используется в качестве путей экскреции токсичных отходов посредством диффузии. Другие отходы, выделяемые некоторыми растениями (смола, соки, латекс и т. д.), вытесняются изнутри растения под действием гидростатического давления внутри растения и за счет поглощающих сил растительных клеток. Тем не менее во время фазы, предшествующей опаданию, уровень метаболизма листа высок. Растения также выделяют некоторые отходы в почву вокруг них. В данном случае экскреция — это пассивный процесс, так как он не нуждается в дополнительной энергии.
У водных животных
Водные животные обычно выделяют аммиак непосредственно во внешнюю среду, так как это соединение обладает высокой растворимостью. Кроме того, имеется достаточно воды для разбавления. У наземных животных аммиачные соединения превращаются в другие азотистые материалы, так как в окружающей среде меньше воды и сам аммиак токсичен.
У птиц
Выделение экскреции у птиц происходит через азотистые отходы мочевой кислоты в виде пасты. Хотя этот процесс метаболически более дорогой, он позволяет более эффективно удерживать воду. Помимо того, его легче хранить в яйце. Многие виды птиц, особенно морских, также могут выделять соль через специальные назальные солевые железы, физиологический раствор, выходящий через ноздри в клюве.
У насекомых
У насекомых система, включающая мальпигианские канальцы, используется для выделения метаболических отходов. Метаболические отходы диффундируют или активно транспортируются в трубочку, которая передает отходы в кишечник. Метаболические отходы затем выводятся из организма вместе с фекалиями.
У животных
У животных основными экскреторными продуктами являются углекислый газ, аммиак (у аммониотеликов), мочевина (уретотелики), мочевая кислота (урикотелины), гуанин (у паукообразных) и креатин. Печень и почки очищают кровь от многих веществ (например, при почечной экскреции), а очищенные вещества затем выводятся из организма с мочой и калом.
Потеря воды через экскрецию при прохождении молекул воды через тонкую мембрану, содержащую слишком большие для переноса молекул поры, называется осмосом, процессом, который происходит самопроизвольно и не требует энергии. Этот процесс может быть обращен вспять путем приложения гидростатического давления к раствору.
Уровень гидростатического давления, при котором нет никакого чистого движения воды в любом направлении через мембрану, называется осмотическим давлением этого конкретного раствора; чем больше концентрация растворенных молекул, тем больше осмотическое давление и тем больше сила, необходимая для удаления воды из раствора.
