41.3: أنظمة الإفراز

Last updated
Save as PDF

Page ID: 196243

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)\(\newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)

المهارات اللازمة للتطوير

اشرح كيف تعمل الفجوات الموجودة في الكائنات الحية الدقيقة على إفراز النفايات
وصف الطريقة التي تؤدي بها خلايا اللهب والكلوية في الديدان وظائف الإخراج وتحافظ على التوازن التناضحي
اشرح كيف تستخدم الحشرات الأنابيب المالبيجية لإخراج النفايات والحفاظ على التوازن التناضحي

تستخدم الكائنات الحية الدقيقة والحيوانات اللافقارية آليات بدائية وبسيطة للتخلص من نفاياتها الأيضية أكثر من نظام الثدييات للكلى والوظيفة البولية. تطورت ثلاثة أنظمة إفرازية في الكائنات الحية قبل الكلى المعقدة: الفجوات وخلايا اللهب والأنابيب المالبيغية.

الفجوات الانقباضية في الكائنات الحية الدقيقة

الميزة الأساسية للحياة هي وجود خلية. بمعنى آخر، الخلية هي أبسط وحدة وظيفية في الحياة. البكتيريا هي كائنات أحادية الخلية بدائية النواة لها بعض عمليات الحياة الأقل تعقيدًا؛ ومع ذلك، لا تحتوي بدائيات النواة مثل البكتيريا على فجوات مرتبطة بالغشاء. ترتبط خلايا الكائنات الحية الدقيقة مثل البكتيريا والبروتوزوا والفطريات بأغشية الخلايا وتستخدمها للتفاعل مع البيئة. بعض الخلايا، بما في ذلك بعض كريات الدم البيضاء في البشر، قادرة على ابتلاع الطعام عن طريق إندوسيتوسيس - تكوين الحويصلات عن طريق ارتداد غشاء الخلية داخل الخلايا. نفس الحويصلات قادرة على التفاعل وتبادل الأيض مع البيئة داخل الخلايا. في بعض الكائنات حقيقية النواة أحادية الخلية مثل الأميبا، الموضحة في الشكل\(\PageIndex{1}\)، تفرز النفايات الخلوية والمياه الزائدة عن طريق خروج الخلايا، عندما تندمج الفجوات المتقلصة مع غشاء الخلية وتطرد النفايات إلى البيئة. لا ينبغي الخلط بين الفجوات المتقلصة (CV) والفجوات التي تخزن الطعام أو الماء.

في هذا الرسم التوضيحي، تقوم خلية بتوسيع جسم زائف لاستهلاك جسيم غذائي. يتم تغليف الجسيمات المستهلكة في حويصلة. تندمج الحويصلة مع الليزوزوم، والبروتينات الموجودة داخل الليزوزوم تهضم جزيئات الطعام. بعد هضم الطعام، تندمج الحويصلة مع غشاء الخلية، وتفرز البقايا غير المهضومة. — الشكل\(\PageIndex{1}\): بعض الكائنات أحادية الخلية، مثل الأميبا، تبتلع الطعام عن طريق إندوسيتوسيس. تندمج حويصلة الطعام مع الليزوزوم الذي يهضم الطعام. تفرز النفايات عن طريق خروج الخلايا.

خلايا اللهب في بلاناريا ونيفريديا من الديدان

مع تطور الأنظمة متعددة الخلايا لتصبح أنظمة أعضاء تقسم الاحتياجات الأيضية للجسم، تطورت الأعضاء الفردية لأداء وظيفة الإخراج. Planaria هي ديدان مفلطحة تعيش في المياه العذبة. يتكون نظام الإخراج الخاص بهم من أنبوبين متصلين بنظام مجاري عالي التشعب. تسمى الخلايا الموجودة في الأنابيب بخلايا اللهب (أو البروتونيفريديا) لأنها تحتوي على مجموعة من الأهداب تشبه اللهب الوامض عند النظر إليها تحت المجهر، كما هو موضح في الشكل\(\PageIndex{2}\) أ. تدفع الأهداب الفضلات إلى أسفل الأنابيب وخارج الجسم من خلال المسام الإخراجية التي تفتح على سطح الجسم؛ تقوم الأهداب أيضًا بسحب الماء من السائل الخلالي، مما يسمح بالترشيح. يتم استرداد أي مستقلبات قيمة عن طريق إعادة الامتصاص. توجد خلايا اللهب في الديدان المفلطحة، بما في ذلك الديدان الشريطية الطفيلية والبلاناريا التي تعيش بحرية. كما أنها تحافظ على التوازن التناضحي للكائن الحي.

يُظهر الرسم التوضيحي A خلية لهب على شكل لمبة مع أهداب بارزة من أحد طرفيها. تشكل الأهداب نقطة، مثل طرف فرشاة الرسم، داخل فتحة واسعة في نهاية الخلية الأنبوبية. تضيق الخلية الأنبوبية لتتحول إلى أنبوبة، ثم تتسع إلى جسم توجد فيه النواة. يستمر الأنبوب في تجاوز جسم الخلية. يُظهر الرسم التوضيحي B مقطعًا عرضيًا لدودة الأرض، وهي مجزأة بجدران تفصل كل قطعة. تخرج فتحة النيفريديوم الشبيهة بالبوق من الجدار. تحيط الأهداب بالافتتاح. خارج الجدار، يشكل النيفريديوم أنبوبًا يتجه إلى السطح البطني، حيث يتصل بفتحة إلى الخارج. فوق الفتحة مباشرة، يتسع الأنبوب إلى المثانة. — الشكل\(\PageIndex{2}\): في نظام إفراز البلاناريا (أ)، تدفع أهداب خلايا اللهب النفايات عبر أنبوب يتكون من خلية أنبوبية. ترتبط الأنابيب بهياكل متفرعة تؤدي إلى المسام الموجودة على طول جوانب الجسم. يتم إفراز المرشح من خلال هذه المسام. في (ب) الحلمات مثل ديدان الأرض، تقوم الكلية بتصفية السائل من التجويف أو تجويف الجسم. تؤدي أهداب الضرب عند فتحة النيفريديوم إلى سحب الماء من الطوق إلى أنبوبة. عندما يمر المرشح إلى أسفل الأنابيب، يتم إعادة امتصاص العناصر الغذائية والمواد المذابة الأخرى بواسطة الشعيرات الدموية. يتم تخزين السوائل المفلترة التي تحتوي على النفايات النيتروجينية وغيرها من النفايات في المثانة ثم يتم إفرازها من خلال مسام في جانب الجسم.

تحتوي ديدان الأرض (الحلقي) على هياكل إفرازية أكثر تطورًا قليلاً تسمى نيفريديا، كما هو موضح في الشكل\(\PageIndex{2}\) ب. يوجد زوج من النيفريديا في كل جزء من دودة الأرض. وهي تشبه خلايا اللهب من حيث أنها تحتوي على أنبوبة ذات أهداب. يحدث الإفراز من خلال مسام يسمى نيفريديوبور. إنها أكثر تطورًا من خلايا اللهب من حيث أنها تحتوي على نظام لإعادة الامتصاص الأنبوبي بواسطة شبكة شعرية قبل إفرازها.

الأنابيب المالبيغية للحشرات

تم العثور على الأنابيب المالبيغية التي تبطن أمعاء بعض أنواع المفصليات، مثل النحلة الموضحة في الشكل\(\PageIndex{3}\). عادة ما توجد في أزواج ويختلف عدد الأنابيب باختلاف أنواع الحشرات. الأنابيب المالبيجية ملتوية، مما يزيد من مساحة سطحها، ويتم تبطينها بالميكروفيل لإعادة الامتصاص والحفاظ على التوازن التناضحي. تعمل الأنابيب المالبيغية بشكل تعاوني مع الغدد المتخصصة في جدار المستقيم. لا يتم تصفية سوائل الجسم كما هو الحال في النيفريديا؛ يتم إنتاج البول عن طريق آليات الإفراز الأنبوبي بواسطة الخلايا المبطنة للأنابيب المالبيغية التي يتم غمرها في الدم (خليط من الدم والسائل الخلالي الموجود في الحشرات والمفصليات الأخرى وكذلك معظم الرخويات). تنتشر النفايات الأيضية مثل حمض اليوريك بحرية في الأنابيب. هناك مضخات تبادل تبطن الأنابيب، والتي تنقل بنشاط أيونات H ⁺ إلى الخلية وأيونات K ⁺ أو Na ⁺ إلى الخارج؛ ويتبع ذلك الماء بشكل سلبي لتكوين البول. يؤدي إفراز الأيونات إلى تغيير الضغط الاسموزي الذي يسحب الماء والإلكتروليتات والنفايات النيتروجينية (حمض اليوريك) إلى الأنابيب. يتم إعادة امتصاص الماء والإلكتروليتات عندما تواجه هذه الكائنات بيئات منخفضة المياه، ويتم إفراز حمض اليوريك على شكل معجون سميك أو مسحوق. إن عدم إذابة النفايات في الماء يساعد هذه الكائنات على الحفاظ على المياه؛ وهذا مهم بشكل خاص للحياة في البيئات الجافة.

يوضح الرسم التوضيحي الجهاز الهضمي للنحلة. يدخل الطعام الفم، ثم يمر عبر المعدة إلى الأمعاء. الأنابيب المالبيجية عبارة عن نتوءات تشبه الديدان تشكل شريطًا حول الأمعاء. بعد الأمعاء، يدخل الطعام انتفاخًا يسمى المستقيم، ويخرج من فتحة الشرج. — الشكل\(\PageIndex{3}\): تعمل الأنابيب المالبيغية للحشرات والمفصليات الأرضية الأخرى على إزالة النفايات النيتروجينية والمذيبات الأخرى من الهيموليمف. يتم نقل أيونات Na ⁺ ^{و/أو K +} بنشاط إلى تجويف الأنابيب. ثم يدخل الماء الأنابيب عن طريق التناضح لتكوين البول. يمر البول عبر الأمعاء، إلى المستقيم. هناك، تنتشر العناصر الغذائية مرة أخرى إلى الهيموليمف. يتم ضخ أيونات Na ⁺ ^{و/أو K +} في الهيموليمف، ويتبعه الماء. ثم يتم إخراج النفايات المركزة.

رابط إلى التعلم

قم بزيارة هذا الموقع لمشاهدة صرصور تم تشريحه، بما في ذلك إلقاء نظرة عن قرب على الأنابيب المالبيغية.

ملخص

لقد تطورت العديد من الأنظمة لإخراج النفايات التي تكون أبسط من الكلى والأنظمة البولية للحيوانات الفقارية. أبسط نظام هو الفجوات الانقباضية الموجودة في الكائنات الحية الدقيقة. تؤدي خلايا اللهب والكلوية في الديدان وظائف الإخراج وتحافظ على التوازن التناضحي. طورت بعض الحشرات أنابيب مالبيجية لإخراج النفايات والحفاظ على التوازن التناضحي.

مسرد المصطلحات

خلية اللهب: (أيضًا، بروتونيفريديا) خلية إفرازية موجودة في الديدان المفلطحة

أنبوبة مالبيجية: الأنابيب الإخراجية الموجودة في المفصليات

ميكروفيلي: العمليات الخلوية التي تزيد من مساحة سطح الخلايا

نيفريديا: الهياكل الإخراجية الموجودة في الحلمات

نيفريديوبور: تم العثور على المسام في نهاية نيفريديا