41.3 : Systèmes d'excrétion

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Compétences à développer

Expliquer comment les vacuoles, présentes dans les microorganismes, agissent pour excréter les déchets
Décrire la façon dont les cellules à flamme et les néphridies chez les vers remplissent des fonctions excrétoires et maintiennent l'équilibre osmotique
Expliquer comment les insectes utilisent les tubules de Malpighie pour excréter les déchets et maintenir l'équilibre osmotique

Les microorganismes et les animaux invertébrés utilisent des mécanismes plus primitifs et plus simples pour se débarrasser de leurs déchets métaboliques que le système rénal et urinaire des mammifères. Trois systèmes excréteurs se sont développés dans les organismes avant les reins complexes : les vacuoles, les cellules flammées et les tubules de Malpighie.

Vacuoles contractiles chez les microorganismes

La caractéristique la plus fondamentale de la vie est la présence d'une cellule. En d'autres termes, une cellule est l'unité fonctionnelle la plus simple d'une vie. Les bactéries sont des organismes procaryotes unicellulaires dont les processus vitaux sont parmi les moins complexes. Cependant, les procaryotes tels que les bactéries ne contiennent pas de vacuoles liées à la membrane. Les cellules de microorganismes tels que les bactéries, les protozoaires et les champignons sont liées par des membranes cellulaires et les utilisent pour interagir avec l'environnement. Certaines cellules, y compris certains leucocytes chez l'homme, sont capables d'engloutir les aliments par endocytose, c'est-à-dire la formation de vésicules par involution de la membrane cellulaire à l'intérieur des cellules. Les mêmes vésicules sont capables d'interagir et d'échanger des métabolites avec l'environnement intracellulaire. Chez certains organismes eucaryotes unicellulaires tels que l'amibe, illustré sur la figure\(\PageIndex{1}\), les déchets cellulaires et l'excès d'eau sont excrétés par exocytose, lorsque les vacuoles contractiles fusionnent avec la membrane cellulaire et expulsent les déchets dans l'environnement. Les vacuoles contractiles (CV) ne doivent pas être confondues avec les vacuoles, qui stockent de la nourriture ou de l'eau.

Dans cette illustration, une cellule étend un pseudopode pour consommer une particule alimentaire. La particule consommée est encapsulée dans une vésicule. La vésicule fusionne avec un lysosome et les protéines contenues dans le lysosome digèrent la particule alimentaire. Une fois les aliments digérés, la vésicule fusionne avec la membrane cellulaire et les restes non digérés sont excrétés. — Figure\(\PageIndex{1}\) : Certains organismes unicellulaires, tels que l'amibe, ingèrent des aliments par endocytose. La vésicule alimentaire fusionne avec un lysosome qui digère les aliments. Les déchets sont excrétés par exocytose.

Cellules flamboyantes des planaires et néphridies des vers

Au fur et à mesure que les systèmes multicellulaires ont évolué pour devenir des systèmes organiques qui divisent les besoins métaboliques du corps, les organes individuels ont évolué pour remplir la fonction excrétoire. Les planaires sont des vers plats qui vivent en eau douce. Leur système excréteur est constitué de deux tubules reliés à un système de canaux hautement ramifiés. Les cellules des tubules sont appelées cellules à flamme (ou protonéphridies) parce qu'elles possèdent un groupe de cils qui ressemble à une flamme vacillante lorsqu'on les regarde au microscope, comme l'illustre la figure\(\PageIndex{2}\) a. Les cils propulsent les déchets le long des tubules et hors du corps par les pores excréteurs qui s'ouvrent à la surface du corps ; les cils puisent également de l'eau dans le liquide interstitiel, ce qui permet la filtration. Tous les métabolites utiles sont récupérés par réabsorption. Les cellules de flamme se trouvent dans les vers plats, y compris les ténias parasites et les planaires libres. Ils maintiennent également l'équilibre osmotique de l'organisme.

L'illustration A montre une cellule à flamme en forme de bulbe avec des cils faisant saillie à une extrémité. Les cils forment une pointe, comme la pointe d'un pinceau, à l'intérieur d'une large ouverture à l'extrémité d'une cellule tubulaire. La cellule tubulaire se rétrécit en tubule, puis s'élargit pour atteindre un corps où se trouve le noyau. Le tubule continue au-delà du corps cellulaire. L'illustration B montre une coupe transversale d'un ver de terre, segmentée par des parois séparant chaque segment. L'ouverture d'un néphridium, semblable à une trompette, sort du mur. Des cils entourent l'ouverture. Au-delà de la paroi, le néphridium forme un tube qui descend jusqu'à la surface ventrale, où il est relié à une ouverture vers l'extérieur. Juste au-dessus de l'ouverture, le tube s'élargit pour former une vessie. — Figure\(\PageIndex{2}\) : Dans le système excréteur des (a) planaires, les cils des cellules à flamme propulsent les déchets à travers un tubule formé par une cellule tubulaire. Les tubules sont reliés à des structures ramifiées qui mènent à des pores situés tout le long des côtés du corps. Le filtrat est sécrété par ces pores. Dans (b) les annélides tels que les vers de terre, les néphridies filtrent le liquide du coelome ou de la cavité corporelle. En battant les cils à l'ouverture du néphridium, l'eau du coelome est puisée dans un tubule. Lorsque le filtrat passe dans les tubules, les nutriments et autres solutés sont réabsorbés par les capillaires. Le liquide filtré contenant de l'azote et d'autres déchets est stocké dans une vessie puis sécrété par un pore situé sur le côté du corps.

Les vers de terre (annélides) possèdent des structures excrétrices légèrement plus évoluées appelées néphridies, illustrées à la figure\(\PageIndex{2}\) b. Une paire de néphridies est présente sur chaque segment du ver de terre. Elles ressemblent aux cellules à flamme en ce sens qu'elles ont un tubule avec des cils. L'excrétion se fait par un pore appelé néphridiopore. Elles sont plus évoluées que les cellules à flamme en ce sens qu'elles possèdent un système de réabsorption tubulaire par un réseau capillaire avant d'être excrétées.

Tubules malpighiens d'insectes

Des tubules malpighiens tapissent l'intestin de certaines espèces d'arthropodes, comme l'abeille illustrée à la figure\(\PageIndex{3}\). On les trouve généralement par paires et le nombre de tubules varie selon l'espèce d'insecte. Les tubules malpighiens sont alambiqués, ce qui augmente leur surface, et ils sont recouverts de microvillosités pour la réabsorption et le maintien de l'équilibre osmotique. Les tubules malpighiens agissent en coopération avec des glandes spécialisées situées dans la paroi du rectum. Les fluides corporels ne sont pas filtrés comme dans le cas des néphridies ; l'urine est produite par des mécanismes de sécrétion tubulaire par les cellules qui tapissent les tubules malpighiens baignés dans l'hémolymphe (un mélange de sang et de liquide interstitiel que l'on trouve chez les insectes et autres arthropodes ainsi que chez la plupart des mollusques). Les déchets métaboliques tels que l'acide urique se diffusent librement dans les tubules. Des pompes d'échange tapissent les tubules, qui transportent activement les ions H ⁺ dans la cellule et les ions K ⁺ ou Na ⁺ vers l'extérieur ; l'eau suit passivement pour former de l'urine. La sécrétion d'ions modifie la pression osmotique qui attire l'eau, les électrolytes et les déchets azotés (acide urique) dans les tubules. L'eau et les électrolytes sont réabsorbés lorsque ces organismes sont confrontés à des environnements à faible teneur en eau, et l'acide urique est excrété sous forme de pâte épaisse ou de poudre. Le fait de ne pas dissoudre les déchets dans l'eau aide ces organismes à conserver l'eau, ce qui est particulièrement important pour la vie dans des environnements secs.

L'illustration montre le tube digestif d'une abeille. La nourriture entre dans la bouche, puis passe par l'estomac jusqu'à l'intestin. Les tubules malpighiens sont des protubérances ressemblant à des vers qui forment une bande autour de l'intestin. Après l'intestin, les aliments pénètrent dans un renflement appelé rectum et sortent par l'anus. — Figure\(\PageIndex{3}\) : Les tubules malpighiens des insectes et autres arthropodes terrestres éliminent les déchets azotés et autres solutés de l'hémolymphe. Les ions Na ⁺ ^{et/ou K +} sont activement transportés dans la lumière des tubules. L'eau pénètre ensuite dans les tubules par osmose, formant de l'urine. L'urine traverse l'intestin et pénètre dans le rectum. Là, les nutriments rediffusent dans l'hémolymphe. Des ions Na ⁺ et/ou K ⁺ sont pompés dans l'hémolymphe et de l'eau s'ensuit. Les déchets concentrés sont ensuite excrétés.

Lien vers l'apprentissage

Visitez ce site pour observer une blatte disséquée, notamment ses tubules malpighiens en gros plan.

Résumé

De nombreux systèmes ont évolué pour excréter des déchets qui sont plus simples que les systèmes rénal et urinaire des animaux vertébrés. Le système le plus simple est celui des vacuoles contractiles présentes dans les microorganismes. Les cellules de flamme et les néphridies chez les vers remplissent des fonctions excrétoires et maintiennent l'équilibre osmotique. Certains insectes ont développé des tubules malpighiens pour excréter les déchets et maintenir l'équilibre osmotique.

Lexique

cellule à flamme: (également, protonéphridie) cellule excrétrice trouvée chez les ascarides

Tubule de Malpighie: tubules excréteurs trouvés chez les arthropodes

microvillosités: processus cellulaires qui augmentent la surface des cellules

néphridie: structures excrétrices présentes dans les annélides

néphridiopore: pore trouvé à l'extrémité de la néphridie