Выделение у животных
У животных в процессе обмена веществ также образуются продукты жизнедеятельности. Поэтому каждое животное стремится сохранять нужные вещества и удалять вещества, которые ему не нужны, а иногда и опасны для него.
Животные по-разному избавляются от продуктов обмена. Например, амёба от излишков воды избавляется с помощью сократительной вакуоли (рис. 79), которая, периодически сокращаясь, выталкивает наружу находящуюся в ней жидкость. Всей поверхностью тела удаляются ненужные вещества у гидр, медуз.
У большинства многоклеточных животных функцию выделения выполняют специальные органы. Так, у дождевого червя есть канальцы — нефридии (от греч. нефрос — почка). У насекомых функцию выделения выполняют трубчатые выросты кишечника. У рыб продукты обмена удаляются через жабры и почки, которые являются основным органом выделения у позвоночных животных (рис. 80). У птиц и млекопитающих в процессе удаления ненужных веществ участвуют также лёгкие, кишечник, потовые железы.
Новые понятия
Выделение. Почки. Листопад
Ответьте на вопросы
1. Где у растений накапливаются продукты обмена веществ? 2. Как происходит выделение вредных веществ у растений? 3. Какие продукты обмена веществ выделяются из организма позвоночных животных через лёгкие, кишечник, потовые железы?
Выполните задания
1. Выпишите из текста параграфа новые понятия, найдите их определения в интернет-источниках, энциклопедических словарях.
2. Используя интернет-источники, научно-популярную литературу, подготовьте сообщение на тему «Значение процессов выделения у живых организмов».
ПОДУМАЙТЕ!
Чем различается выделение веществ у растений и животных? Составьте сравнительную таблицу.
Выводы к главе 3 >>>
Строение и работа почек
Почки — парный орган бобовидной формы — расположены на внутренней поверхности задней стенки брюшной полости на уровне поясницы. К почкам подходят почечные артерии и нервы, а отходят от них мочеточники и вены. Вещество почки состоит из двух слоёв: наружный (корковый) более тёмный, и внутренний (мозговой) светлый.
Мозговое вещество представлено многочисленными извитыми канальцами, идущими от капсул нефронов и возвращающимися в кору почек. Светлый внутренний слой состоит из собирательных трубок, образующих пирамидки, обращённые вершинами внутрь и заканчивающиеся отверстиями. По извитым почечным канальцами, густо оплетёнными капиллярами, из капсулы проходит первичная моча. Из первичной мочи в капилляры возвращается (реабсорбируется) часть воды, глюкоза. Оставшаяся более концентрированная вторичная моча поступает в пирамидки.
Почечная лоханка имеет форму воронки, широкой стороной обращённой к пирамидкам, узкой — к воротам почки. К ней примыкают две большие чаши. По трубочкам пирамидок, через сосочки, вторичная моча просачивается сначала в малые чашечки (их 8-9 штук), затем в две большие чашечки, а из них в почечную лоханку, где собирается и проводится в мочеточник.
Ворота почки — вогнутая сторона почки, от которой отходит мочеточник. Здесь же в почку входит почечная артерия и отсюда же выходит почечная вена. По мочеточнику вторичная моча постоянно стекает в мочевой пузырь. По почечной артерии непрерывно приносится кровь, подлежащая очистке от конечных продуктов жизнедеятельности. После прохождения через сосудистую систему почки кровь из артериальной становится венозной и выносится в почечную вену.
Мочеточники. Парные трубки 30–35 см длиной, состоят из гладкой мускулатуры, выстланы эпителием, снаружи покрыты соединительной тканью. Соединяют почечную лоханку с мочевым пузырём.
Мочевой пузырь. Мешок, стенки которого состоят из гладкой мускулатуры, выстланной переходным эпителием. У мочевого пузыря выделяют верхушку, тело и дно. В области дна к нему под острым углом подходят мочеточники. От дна же — шейки — начинается мочеиспускательный канал. Стенка мочевого пузыря состоит из трёх слоёв: слизистой оболочки, мышечного слоя и соединительнотканной оболочки. Слизистая оболочка выстлана переходным эпителием, способным собираться в складки и растягиваться. В области шейки мочевого пузыря имеется сфинктер (мышечный сжиматель). Функция мочевого пузыря заключается в накапливании мочи и при сокращении стенок выделять мочу наружу через (3 — 3,5 часа).
Мочеиспускательный канал. Трубка, стенки которой состоят из гладкой мускулатуры, выстланной эпителием (многорядным и цилиндрическим). У выходного отверстия канала имеется сфинктер. Выводит мочу во внешнюю среду.
Каждая почка состоит из огромного количества (около миллиона) сложных образований — нефронов. Нефрон — функциональная единица почки. Капсулы расположены в корковом слое почки, тогда как канальцы — преимущественно в мозговом. Капсула нефрона напоминает шар, верхняя часть которого вдавлена в нижнюю, так что между его стенками образуется щель — полость капсулы.
От неё отходит тоненькая и длинная извитая трубочка — каналец. Стенки канальца, как и каждая из двух стенок капсулы, образованы одним слоем эпителиальных клеток.
Почечная артерия, войдя в почку, делится на большое количество веточек. Тонкий сосуд, называющийся переносящей артерией, заходит во вдавленную часть капсулы, образуя там клубочек капилляров. Капилляры собираются в сосуд, который выходит из капсулы, — выносящую артерию. Последняя подходит к извилистому канальцу и снова распадается на капилляры, оплетающие его. Эти капилляры собираются в вены, которые, сливаясь, образуют почечную вену и выносят кровь из почки.
Эволюция выделительной системы
В процессе эволюции продукты выделения и механизмы их выведения из организма сильно изменялись. С усложнением организации и переходом в новые среды обитания наряду с кожей и почками появлялись и другие органы выделения или выделительную функцию начинали вторично выполнять уже имеющиеся органы. Выделительные процессы у животных связаны с активизацией их обмена веществ, а также гораздо более сложными процессами жизнедеятельности.
Простейшие освобождаются путём диффузии их через мембрану. Для удаления излишка воды простейшие имеют сократительные вакуоли. Губки и кишечнополостные — продукты обмена удаляют тоже путём диффузии. Первые выделительные органы самого простого строения появляются у плоских червей и немертин. Они носят название протонефридиев, или пламенные клетки. У кольчатых червей в каждом сегменте тела имеется по паре специализированных выделительных органов — метанефридиев. Органами выделения ракообразных являются зелёные железы, расположенные у основания антенн. Моча накапливается в мочевом пузыре, а затем изливается наружу. У насекомых имеются мальпигиевы трубочки, открывающиеся в пищеварительный тракт. Выделительная система у всех позвоночных в основных чертах одинакова: она состоит из почечных телец — нефронов, с помощью которых из крови удаляются продукты метаболизма. У птиц и млекопитающих в процессе эволюции выработалась почка третьего типа — метанефрос, канальцы которой имеют два сильно извитых участка (как у человека) и длинную петлю Генле. В длинных участках почечного канальца происходит обратное всасывание воды, что позволяет животным успешно приспособиться к жизни на суше и экономно расходовать воду.
Таким образом, в различных группах живых организмов можно наблюдать различные органы выделения, адаптирующие данные организмы к выбранной ими среде обитания. Различное строение органов выделения ведёт к появлению различий в количестве и виде выделяемых продуктов обмена веществ. Наиболее общими продуктами выделения для всех организмов являются аммиак, мочевина и мочевая кислота. Далеко не все продукты обмена выводятся из организма. Многие из них являются полезными и входят в состав клеток этого организма.
Выделение у растений
У растений продукты обмена веществ накапливаются в вакуолях клеток, в специальных хранилищах, например в смоляных ходах у хвойных, млечных ходах у одуванчика и молочая. У многолетних растений они накапливаются в коре, иногда в древесине. Удаление продуктов жизнедеятельности у растений происходит через корни и опавшие листья. Установлено, что к осени в клетках листьев накапливаются вредные для растения вещества, которые удаляются из растения вместе с опадающими листьями.
Через устьица и чечевички коры, например березы, из растения удаляется углекислый газ (см. рис. 69).
Выделение сахаров у растений осуществляется специальными образованиями — нектарниками. У большинства растений они находятся в цветках, а у некоторых — на стеблях и листьях. Нектар обладает бактерицидными свойствами и защищает завязь цветка от микроорганизмов. К тому же нектар наряду с окрашенным венчиком и ароматом цветков является важным приспособлением для привлечения насекомых, осуществляющих перекрёстное опыление.
Через специальные железы растений в атмосферу выделяются летучие вещества, в том числе эфирные масла. К эфиромасличным растениям относятся пеларгония, мята, мелисса, эвкалипт. Многие из них используются в лекарственных целях, а также для ароматизации продуктов, изготовления парфюмерной продукции.
Опавшие листья растений содержат неорганические и органические вещества и представляют собой очень ценное удобрение. Поэтому садоводы закладывают листья в компостные кучи. Благодаря опавшим листьям почва в лесу ежегодно обогащается перегноем. Вот почему их не надо жечь. Вполне понятно, что сбор опавших листьев и вообще удаление лесной подстилки в лесу отрицательно сказываются па жизни деревьев.
В городах, где почва и воздух загрязнены выхлопными газами автомобилей, выбросами промышленных предприятий, в листьях накапливаются ядовитые вещества. Поэтому их нельзя использовать для приготовления компоста, а почву следует регулярно удобрять.
У растений вредные продукты жизнедеятельности удаляются во время листопада. Листопад обычен у деревьев и кустарников. Изредка встречается у трав, например у крапивы, недотроги. Массовый листопад, приводящий к полной потере листьев, происходит у растений умеренного пояса с наступлением зимы, а у растений субтропиков и тропиков в засушливый период.
У древесных растений умеренных широт подготовка к листопаду начинается задолго до наступления морозов. Перед листопадом листья меняют свою окраску с зелёной на жёлтую, оранжевую, красную и др. (рис. 77).
Это связано с тем, что к осени происходит старение листьев. В них накапливаются продукты обмена веществ, разрушается зелёный пигмент — хлорофилл. Более стойкие пигменты (красные, жёлтые и др.) сохраняются и придают листьям осеннюю окраску.
Сигналом к наступлению листопада служит сокращение длины светового дня. Установлено, что деревья вблизи уличных фонарей сохраняют листья дольше, чем растущие вдали от них.
Опадение листьев связано с появлением у основания листа отделительного слоя из легко разъединяющихся клеток (рис. 78). Поэтому даже при небольшом ветре листья опадают. Продолжительность листопада у различных растений неодинаковая. Берёза сбрасывает листья около двух месяцев, липа и дуб — в течение двух недель. Деревья, растущие в одиночку или небольшими группами, где они подвержены ветру, теряют листья раньше, чем растущие в лесу. Листопадные деревья в лесах умеренных широт стоят без листьев до восьми-девяти месяцев в году, во влажных тропических лесах — иногда всего несколько дней. Листопад играет важную роль в жизни леса — опавшие листья перегнивают и служат хорошим удобрением, предохраняют корни от вымерзания.
Но не все растения сбрасывают листья. Некоторые сохраняют их всю зиму. Это вечнозелёные кустарнички: брусника, вереск, клюква. Мелкие, плотные листья этих растений, слабо испаряющие воду, сохраняются под снегом. С зелёными листьями зимует большинство хвойных деревьев и кустарников. Некоторые травы, например земляника, клевер, чистотел, тоже уходят под снег зелёными.
Органы выделения
Образующиеся в процессе обмена вещества вредные продукты распада (аммиак, мочевая кислота, мочевина и др.) должны быть удалены из организма. Это необходимое условие жизнедеятельности, поскольку накопление их вызывает самоотравление организма и гибель. В выведении ненужных организму веществ участвуют многие органы. Все нерастворимые в воде и, следовательно, не всасывающиеся в кишечнике вещества выводятся с калом. Углекислый газ, вода (частично), удаляются через лёгкие, а вода, соли, некоторые органические соединения — с потом через кожу. Однако большая часть продуктов распада выделяется в составе мочи через мочевыделительную систему. У высших позвоночных животных и у человека выделительная система состоит из двух почек с их выводными протоками — мочеточниками, мочевого пузыря и мочеиспускательного канала, по которому моча выводится наружу при сокращении мускулатуры стенок мочевого пузыря.
Почки — главный орган выделения, так как в них происходит процесс образования мочи.
Образование мочи
Моча образуется в почках из крови, которой почки хорошо снабжаются. В основе мочеобразования лежат два процесса — фильтрация и реабсорбция.
Фильтрация происходит в капсулах. Диаметр приносящей артерии больше, чем выносящей, поэтому давление крови в капиллярах клубочка достаточно высокое (70–80 мм рт.ст.). благодаря такому высокому давлению плазма крови вместе с растворёнными в ней неорганическими и органическими веществами проталкивается сквозь тонкую стенку капилляра и внутреннюю стенку капсулы. При этом профильтровываются все вещества с относительно малым диаметром молекул. Вещества с крупными молекулами (белки), а также форменные элементы крови остаются в крови. Таким образом, в результате фильтрации образуется первичная моча, в состав которой входят все компоненты плазмы крови (соли, аминокислоты, глюкоза и другие вещества) за исключением белков и жиров. Концентрация этих веществ в первичной моче такая же, как ив плазме крови.
Образовавшаяся в результате фильтрации в капсулах первичная моча поступает в канальцы. По мере её прохождения по канальцам эпителиальные клетки их стенок отбирают обратно, возвращают в кровь значительное количество воды и необходимые организму вещества. Этот процесс называется реабсорбцией. В отличие от фильтрации он протекает за счёт активной деятельности клеток канальцевого эпителия с затратами энергии и поглощением кислорода. Некоторые вещества (глюкоза, аминокислоты) реабсорбируют полностью, так что во вторичной моче, которая поступает в мочевой пузырь, их нет. Другие вещества (минеральные соли) всасываются из канальцев в кровь в необходимых организму количествах, а остальное количество выводится наружу.
Большая суммарная поверхность почечных канальцев (до 40–50 м2) и активная деятельность их клеток способствуют тому, что из 150 литров суточной первичной мочи образуется только 1,5–2,0 литра вторичной (конечной). У человека за час образуется до 7200 мл первичной мочи, а выделяется 60–120 мл вторичной. Это значит, что 98–99% её всасывается обратно. Вторичная моча отличается от первичной отсутствием сахара, аминокислот и повышенной концентрацией мочевины (почти в 70 раз).
Непрерывно образующаяся моча по мочеточникам поступает в мочевой пузырь (резервуар мочи), из которого по мочеиспускательному каналу периодически выводится из организма.
Выделение у растений
У растений продукты обмена веществ накапливаются в вакуолях клеток, в специальных хранилищах, например в смоляных ходах у хвойных, млечных ходах у одуванчика и молочая. У многолетних растений они накапливаются в коре, иногда в древесине. Удаление продуктов жизнедеятельности у растений происходит через корни и опавшие листья. Установлено, что к осени в клетках листьев накапливаются вредные для растения вещества, которые удаляются из растения вместе с опадающими листьями.
Через устьица и чечевички коры, например березы, из растения удаляется углекислый газ (см. рис. 69).
Выделение сахаров у растений осуществляется специальными образованиями — нектарниками. У большинства растений они находятся в цветках, а у некоторых — на стеблях и листьях. Нектар обладает бактерицидными свойствами и защищает завязь цветка от микроорганизмов. К тому же нектар наряду с окрашенным венчиком и ароматом цветков является важным приспособлением для привлечения насекомых, осуществляющих перекрёстное опыление.
Через специальные железы растений в атмосферу выделяются летучие вещества, в том числе эфирные масла. К эфиромасличным растениям относятся пеларгония, мята, мелисса, эвкалипт. Многие из них используются в лекарственных целях, а также для ароматизации продуктов, изготовления парфюмерной продукции.
Опавшие листья растений содержат неорганические и органические вещества и представляют собой очень ценное удобрение. Поэтому садоводы закладывают листья в компостные кучи. Благодаря опавшим листьям почва в лесу ежегодно обогащается перегноем. Вот почему их не надо жечь. Вполне понятно, что сбор опавших листьев и вообще удаление лесной подстилки в лесу отрицательно сказываются па жизни деревьев.
В городах, где почва и воздух загрязнены выхлопными газами автомобилей, выбросами промышленных предприятий, в листьях накапливаются ядовитые вещества. Поэтому их нельзя использовать для приготовления компоста, а почву следует регулярно удобрять.
У растений вредные продукты жизнедеятельности удаляются во время листопада. Листопад обычен у деревьев и кустарников. Изредка встречается у трав, например у крапивы, недотроги. Массовый листопад, приводящий к полной потере листьев, происходит у растений умеренного пояса с наступлением зимы, а у растений субтропиков и тропиков в засушливый период.
У древесных растений умеренных широт подготовка к листопаду начинается задолго до наступления морозов. Перед листопадом листья меняют свою окраску с зелёной на жёлтую, оранжевую, красную и др. (рис. 77).
Это связано с тем, что к осени происходит старение листьев. В них накапливаются продукты обмена веществ, разрушается зелёный пигмент — хлорофилл. Более стойкие пигменты (красные, жёлтые и др.) сохраняются и придают листьям осеннюю окраску.
Сигналом к наступлению листопада служит сокращение длины светового дня. Установлено, что деревья вблизи уличных фонарей сохраняют листья дольше, чем растущие вдали от них.
Опадение листьев связано с появлением у основания листа отделительного слоя из легко разъединяющихся клеток (рис. 78). Поэтому даже при небольшом ветре листья опадают. Продолжительность листопада у различных растений неодинаковая. Берёза сбрасывает листья около двух месяцев, липа и дуб — в течение двух недель. Деревья, растущие в одиночку или небольшими группами, где они подвержены ветру, теряют листья раньше, чем растущие в лесу. Листопадные деревья в лесах умеренных широт стоят без листьев до восьми-девяти месяцев в году, во влажных тропических лесах — иногда всего несколько дней. Листопад играет важную роль в жизни леса — опавшие листья перегнивают и служат хорошим удобрением, предохраняют корни от вымерзания.
Но не все растения сбрасывают листья. Некоторые сохраняют их всю зиму. Это вечнозелёные кустарнички: брусника, вереск, клюква. Мелкие, плотные листья этих растений, слабо испаряющие воду, сохраняются под снегом. С зелёными листьями зимует большинство хвойных деревьев и кустарников. Некоторые травы, например земляника, клевер, чистотел, тоже уходят под снег зелёными.
Нефроны
Структурно-функциональной единицей почки является нефрон, который состоит из капсулы клубочка, имеющей форму двустенного бокала, и канальцев. Капсула охватывает клубочковую капиллярную сеть, в результате формируется почечное (мальпигиево) тельце.
Капсула клубочка продолжается в проксимальный извитый каналец. За ним следует петля нефрона, состоящая из нисходящей и восходящей частей. Петля нефрона переходит в дистальный извитый каналец, впадающий в собирательную трубочку. Собирательные трубочки продолжаются в сосочковые протоки. На всём протяжении канальцы нефрона окружены прилегающими к ним кровеносными капиллярами.
Пути выделения продуктов обмена веществ
В результате обмена веществ образуются более простые конечные продукты: вода, углекислый газ, мочевина, мочевая кислота и др. они, а также избыток минеральных солей удаляются из организма. Углекислый газ и некоторое количество воды в виде пара выводится через лёгкие. Основное количество воды (около 2 литров) с растворёнными в ней мочевиной, хлористым натрием и другими неорганическими солями выводится через почки и в меньшем количестве через потовые железы кожи. Функцию выделения до некоторой степени выполняет и печень. Соли тяжёлых металлов (меди, свинца), которые случайно попали с пищей в кишечник и являются сильными ядами, а также продукты гниения всасываются из кишечника в кровь и поступают в печень. Здесь они обезвреживаются — соединяются с органическими веществами, теряя при этом токсичность и способность всасываться в кровь, — и с желчью выводятся через кишечник, лёгких и кожи из организма удаляются конечные продукты диссимиляции, вредные вещества, избыток воды и неорганических веществ и поддерживается постоянство внутренней среды.
Функции почек
Почки являются основным органом выделения. Они выполняют в организме множество различных функций.
| Функция | |
| Выделительная | Почки удаляют из организма избыток воды, органических и неорганических веществ, продукты азотного обмена. |
| Регуляция водного баланса | Позволяет контролировать объём крови, лимфы и внутриклеточной жидкости за счёт изменения объёма выводимой с мочой воды. |
| Регуляция постоянства осмотического давления жидкостей (осморегуляция) | Происходит за счёт изменения количества выводимых осмотически активных веществ. |
| Регуляция ионного состава жидкостей | Обусловлена возможностью избирательного изменения интенсивности экскреции различных ионов с мочой. Влияет также и на кислотноосновное состояние путём экскреции водородных ионов. |
| Образование и выделение в кровоток физиологически активных веществ | Гормоны, витамины, ферменты. |
| Регуляция | Регуляция артериального давления путём изменения объёма циркулирующей в организме крови. |
| Регуляция эритропоэза | Выделяющийся гормон эритропоэтин влияет на активность деления стволовых клеток красного костного мозга, изменяя тем самым количество форменный элементов (эритроцитов, тромбоцитов, лейкоцитов) в крови. |
| Образование гуморальных факторов | Свёртывание крови (тромбобластина, тромбоксана), а также участие в обмене физиологического антикоагулянта гепарина. |
| Метаболистическая | Принимают участие в обмене белков, липидов и углеводов. |
| Защитная | Обеспечивают выделение из организма различных токсичных соединений. |
Выделение у растений
Растения, в отличие от животных, выделяют лишь небольшие количества азотистых продуктов, которые выводятся в виде аммиака путём диффузии. Водные растения выделяют продукты метаболизма путём диффузии в окружающую среду. Наземные же растения накапливают ненужные вещества (соли и органические вещества — кислоты) в листьях — и освобождаются от них при листопаде или же накапливают их в стеблях и листьях, которые осенью отмирают. За счёт изменения тургорного давления в клетках растения могут переносить даже значительные сдвиги в осмотической концентрации окружающей жидкости до тех пор, пока она остаётся ниже осмотической концентрации внутри клеток. Если же концентрация растворённых веществ в окружающей жидкости выше, чем внутри клеток, то происходит плазмолиз и гибель клеток.
Выделение у животных
У животных в процессе обмена веществ также образуются продукты жизнедеятельности. Поэтому каждое животное стремится сохранять нужные вещества и удалять вещества, которые ему не нужны, а иногда и опасны для него.
Животные по-разному избавляются от продуктов обмена. Например, амёба от излишков воды избавляется с помощью сократительной вакуоли (рис. 79), которая, периодически сокращаясь, выталкивает наружу находящуюся в ней жидкость. Всей поверхностью тела удаляются ненужные вещества у гидр, медуз.
У большинства многоклеточных животных функцию выделения выполняют специальные органы. Так, у дождевого червя есть канальцы — нефридии (от греч. нефрос — почка). У насекомых функцию выделения выполняют трубчатые выросты кишечника. У рыб продукты обмена удаляются через жабры и почки, которые являются основным органом выделения у позвоночных животных (рис. 80). У птиц и млекопитающих в процессе удаления ненужных веществ участвуют также лёгкие, кишечник, потовые железы.
Новые понятия
Выделение. Почки. Листопад
Ответьте на вопросы
1. Где у растений накапливаются продукты обмена веществ? 2. Как происходит выделение вредных веществ у растений? 3. Какие продукты обмена веществ выделяются из организма позвоночных животных через лёгкие, кишечник, потовые железы?
Выполните задания
1. Выпишите из текста параграфа новые понятия, найдите их определения в интернет-источниках, энциклопедических словарях.
2. Используя интернет-источники, научно-популярную литературу, подготовьте сообщение на тему «Значение процессов выделения у живых организмов».
ПОДУМАЙТЕ!
Чем различается выделение веществ у растений и животных? Составьте сравнительную таблицу.