§36. Выделение у организмов

Определения и обозначения

Выделение — удаление из организма конечных продуктов обмена веществ и избытка воды, солей и других соединений. К конечным продуктам относятся, например, углекислый газ, аммиак, мочевина и мочевая кислота. Это понятие показывает, как организм очищает внутреннюю среду.

Экскреция — выведение именно продуктов обмена, а не веществ, которые организм специально синтезирует для работы или защиты. Поэтому гормоны, пищеварительные ферменты и слизь относятся к секретам, а не к выделительным продуктам. Различие помогает не смешивать выделение и секрецию.

Осморегуляция — поддержание относительно постоянного содержания воды и растворённых солей в организме. Она особенно важна при жизни в пресной воде, море или на суше, где вода поступает и теряется по-разному. Благодаря осморегуляции клетки сохраняют нормальный объём и состав.

Выделительная система — совокупность органов и структур, которые образуют, изменяют и выводят выделительные продукты. В неё могут входить канальцы, сосуды, железы или целые органы, например почки. Набор таких структур зависит от уровня организации и среды обитания организма.

Как это устроено

Выделение необходимо потому, что обмен веществ постоянно образует ненужные и иногда токсичные соединения. Например, при распаде белков возникают азотистые отходы, а при дыхании — углекислый газ. Если они накапливаются, меняются кислотность и состав внутренней среды, нарушается работа ферментов и клеток. Поэтому выделение одновременно очищает организм и поддерживает его постоянство.

У одноклеточных организмов нет органов, поэтому вещества выходят через поверхность клетки по диффузии. Избыток воды у пресноводных форм поступает осмотически, так как окружающая вода более разбавлена, чем клеточная среда. Сократительные вакуоли периодически собирают эту воду и выбрасывают её наружу. Так клетка не набухает и сохраняет нужную концентрацию веществ.

В эволюции появились специализированные органы, способные направленно удалять отходы и сохранять воду. Протонефридии плоских червей состоят из разветвлённых канальцев с пламенными клетками, метанефридии кольчатых червей и моллюсков связаны с полостью тела. У членистоногих мальпигиевы сосуды выводят отходы в кишечник, а у позвоночных эту работу выполняют почки. Усложнение органов сделало осморегуляцию более точной.

Почка образует мочу в нефронах, где кровь проходит последовательную обработку. Сначала фильтрация создаёт первичную мочу, затем обратное всасывание возвращает в кровь воду и нужные вещества, а секреция переносит некоторые соединения из крови в канальцы. После этого формируется вторичная моча, которая поступает в мочеточник. Растения, грибы и микроорганизмы не имеют единой выделительной системы: они выделяют вещества через поверхности, используют их повторно, запасают в вакуолях или изолируют в клеточных стенках.

Выделение у разных групп организмов

В таблице сопоставлены не только органы, но и принцип их работы. При сравнении обращайте внимание на то, какие вещества удаляются и как организм сохраняет воду. Чем сложнее строение выделительной системы, тем точнее обычно регулируется состав внутренней среды.

Разбор задач

Задача 1

Установите, какие структуры обеспечивают выделение у пресноводной амёбы, гидры, планарии и дождевого червя, и объясните различия между ними. Нужно сопоставить строение каждого организма с его уровнем организации и условиями жизни. Особенно учитывайте, как удаляется избыток воды.

1. У амёбы отходы проходят через клеточную мембрану, а воду удаляет сократительная вакуоль.
2. У гидры нет сложной выделительной системы, поэтому вещества выходят через поверхность тела и стенку кишечной полости.
3. У планарии работают протонефридии с пламенными клетками, а у дождевого червя — метанефридии, связанные с полостью тела.

Ответ: от амёбы и гидры к планарии и дождевому червю выделение становится более специализированным. Это связано с усложнением организма и необходимостью точнее регулировать воду и соли.

Задача 2

По описанию процессов в нефроне определите, где происходят фильтрация, обратное всасывание и секреция, и какие вещества попадают в мочу. Важно восстановить не только названия этапов, но и направление движения веществ. Так становится понятна разница между первичной и вторичной мочой.

1. В почечном тельце фильтруется плазма крови: вода и небольшие молекулы переходят в капсулу, а клетки крови и крупные белки остаются в сосуде.
2. В канальцах обратно всасываются глюкоза, аминокислоты, часть воды и нужных солей.
3. Из крови в просвет канальца дополнительно секретируются некоторые ионы, лекарственные вещества и продукты обмена.

Ответ: в конечной моче остаются вода, мочевина, избыток солей и другие ненужные соединения. Глюкоза и аминокислоты в норме возвращаются в кровь и в мочу не попадают.

Задача 3

Сравните выделение у пресноводной рыбы и млекопитающего, живущих в разных условиях водно-солевого обмена. Пресноводная рыба получает воду через жабры и поверхность тела, а млекопитающее теряет воду при дыхании, потоотделении и с мочой. Поэтому нужно связать состав мочи не только со строением почек, но и со средой.

1. У рыбы избыток воды выводится через почки, поэтому мочи образуется много, а солей в ней относительно мало.
2. Рыба теряет соли в окружающую воду и восполняет их поглощением через жабры и с пищей.
3. Млекопитающее экономит воду: его почки образуют меньший объём более концентрированной мочи, содержащей мочевину и избыток солей.

Ответ: различия в количестве и концентрации мочи — результат осморегуляции. Каждый организм выводит лишнюю воду или соли так, чтобы сохранить устойчивый состав внутренней среды.

Типичные ошибки

Любое выведение считают выделением. Так происходит из-за широкого бытового значения слова. Проверяйте, является ли вещество конечным продуктом обмена, а не секретом или остатком непереваренной пищи.

Всем организмам приписывают специальные органы. Ошибка возникает, если изучать только позвоночных. Сначала определите уровень организации: у клетки работают мембрана и вакуоли, а у животных могут появляться канальцы и почки.

Путают этапы образования мочи. Фильтрация переносит небольшие молекулы из крови в капсулу, обратное всасывание возвращает нужные вещества, а секреция добавляет отдельные соединения в канальцы. Проверить себя можно вопросом: в каком направлении движется вещество на каждом этапе?

Считают, что растения ничего не выделяют. У них действительно нет единого органа выделения, но это не означает отсутствия процесса. Ищите способы выведения через устьица и корни, а также запасание или изоляцию веществ в тканях.

Связь с другими темами

Для понимания выделения нужны знания об обмене веществ, клеточном дыхании, диффузии, осмосе и постоянстве внутренней среды. Тема связана с пищеварением, дыханием и кровообращением: эти процессы образуют, переносят или удаляют вещества. Позже она поможет изучать водно-солевой обмен, работу почек, болезни мочевыделительной системы и приспособления организмов к среде обитания.

Что запомнить

• Выделение удаляет конечные продукты обмена и поддерживает постоянство внутренней среды.
• У одноклеточных организмов выделение происходит преимущественно через клеточную поверхность.
• Сократительные вакуоли удаляют избыток воды у многих пресноводных организмов.
• Выделительные органы различаются у разных групп животных и отражают усложнение их организации.
• У позвоночных основная структурно-функциональная единица почки — нефрон.
• Образование мочи включает фильтрацию, обратное всасывание и секрецию.
• Растения удаляют, используют повторно или изолируют продукты обмена с помощью разных органов и тканей.