Биология. В 3-х томах. Т. 3

Многие органические отходы метаболизма откладываются у растений в омертвевших постоянных тканях (таких, как ядровая древесина), а также в листьях или коре, которые периодически сбрасываются. Многолетние растения состоят в основном из мертвых тканей. Экскреты скапливаются в этих тканях и уже не могут оказывать вредного воздействия на активность живых тканей. Аналогичным образом могут накапливаться многие минеральные соли, поглощаемые растением в виде ионов, накопление которых связано с разным использованием катионов и анионов. Органические кислоты, способные нанести вред растению, часто связываются с избыточными катионами и выпадают в виде нерастворимых кристаллов, которые могут сохраняться в клетках растения, не причиняя им вреда. Например, ионы кальция и сульфата одновременно поглощаются растением, но сульфат сразу же используется в синтезе аминокислот, а кальций остается в избытке. Ионы Са²⁺ легко реагируют со щавелевой и пектиновой кислотами, образуя с ними безвредные нерастворимые продукты — оксалат и пектат кальция. Другие ионы, такие как железо и марганец, а также органические кислоты вроде танниновой и никотиновой поступают в листья, где они накапливаются, придавая листьям характерную окраску перед их опадением. Подлежащие удалению вещества элиминируются не только с листвой, но и с лепестками, плодами и семенами, хотя экскреция не является главной функцией этих образований. У водных растений основная масса отходов метаболизма переходит путем диффузии прямо в окружающую воду.

19.1.3. Экскреция у животных

Потенциальным местом экскреции может быть любая проницаемая поверхность, которая напрямую связывает участок, содержащий экскрет, с внешней средой. К таким поверхностям относятся наружная мембрана одноклеточных организмов, эпидермис низших беспозвоночных, трахеи членистоногих, жабры и кожа рыб и амфибий, легкие и кожа высших позвоночных. Клетки организмов, имеющих относительно простое строение, обычно прямо контактируют с окружающей средой, и их экскреты сразу же удаляются путем диффузии. По мере усложнения организации животных у них развиваются выделительные органы, осуществляющие выведение отходов из организма в окружающую среду через протоки и поры прямым или непрямым путем. У высших позвоночных имеются специализированные органы выделения, к которым отходы метаболизма доставляются из всех клеток кровеносной системой. Наиболее важные органы выделения у таких животных — это кожа, легкие, печень и почки. В настоящем разделе мы рассмотрим только роль первых трех органов.

Кожа. Вода, мочевина и соли активно выводятся из кожных капилляров в протоки потовых желез. При выходе пота на поверхность кожи вода испаряется, что приводит к потере тепла и способствует терморегуляции.

Легкие. СО₂ и водяные пары диффундируют с влажной поверхности легочных альвеол. Легкие у млекопитающих — единственный орган выделения СО₂. Часть воды, испаряющейся в легких, представляет собой метаболическую воду, т. е. продукт клеточного дыхания, который можно было бы считать экскретом, но истинное происхождение этой воды не так уж важно ввиду большого общего объема воды, содержащейся в организме.

Печень. Учитывая многочисленные гомеостатические функции печени, описанные в разд. 18.5.2, вряд ли следует удивляться тому, что в число этих функций входит и экскреция. Выводимыми продуктами являются желчные пигменты, образующиеся при расщеплении гемоглобина старых эритроцитов. В составе желчи эти пигменты поступают в двенадцатиперстную кишку и выходят из организма вместе с калом, которому они придают характерный цвет. Но наиболее важная выделительная функция печени состоит в переработке отходов азотистого обмена, образующихся при дезаминировании избыточных аминокислот (разд. 18.5.2).

19.2. Азотистые экскреты

Азотистые продукты, подлежащие экскреции, образуются при расщеплении белков и нуклеиновых кислот. Непосредственный продукт дезаминирования белков — аммиак (суть этой реакции описана в разд. 18.5.2). Аммиак может выделяться прямо в окружающую среду или превращаться в такие продукты, как мочевина и мочевая кислота, различающиеся по растворимости и токсичности (рис. 19.1). Конкретно природа выделяемого продукта определяется метаболическими возможностями организма (наличием соответствующих ферментов), доступностью для организма воды (т. е. средой его обитания) и степенью контроля над ее потерей организмом.

Рис. 19.1. Химическая структура трёх важнейших азотистых экскретов

В соответствии с природой главного азотистого экскрета всех животных можно разделить на три основные группы. Как видно из табл. 19.2, существует определенная корреляция между природой выводимого вещества и средой обитания животного на стадии эмбриона, личинки и взрослой особи. Эта корреляция может быть суммирована следующим образом:

Таблица 19.2. Взаимоотношения между азотистым экскретом и стадиями жизненного цикла у различных групп животных

19.2.1. Аммиак