Рассмотрите рисунки 109-117. Какие органы обеспечивают выделение у изображенных на рисунках организмов конечных продуктов обмена веществ? Какие способы защиты от неблагоприятных условий окружающей среды имеются у организмов?
В процессе транспорта исключенные из метаболизма вещества выводятся из организма. Этот процесс, названный выделением, препятствует отравлению организма вредными конечными продуктами обмена веществ. Кроме того, благодаря процессу выделения в организме удерживаются и повторно используются необходимые химические соединения, что обеспечивает постоянство состава и свойств его внутренней среды.
Выделение у растений. Конечные продукты метаболизма у растений - это вода, углекислый газ, кислород и органические кислоты. Большинство конечных продуктов растения используют вторично. Например, углекислый газ и вода идут на фотосинтез. Единственный продукт, выделяемый растением в большом количестве, - это кислород. При фотосинтезе его образуется больше, чем нужно растению для дыхания. Избыток воды выводится в основном через устьица и называется транспирацией. Помимо выделительной функции транспирация предохраняет растение от перегрева. Поэтому в жаркую погоду растение испаряет воды больше, чем в прохладную.
Значительная часть соединений выводится из организма растения при листопаде - естественном процессе отделения листьев от стеблей при их старении и отмирании (рис. 109). При старении листьев из них оттекают в другие органы необходимые растению питательные вещества, а ненужные и вредные - поступают в листья. Кроме выделительной функции, листопад сокращает потерю воды растением в неблагоприятных условиях (зимой и при засухе) и предотвращает поломку ветвей под тяжестью снега.
Рис. 109. Старение листьев и листопад
Выделение у животных. Основные продукты метаболизма у животного организма - вода, углекислый газ и аммиак. У одноклеточных животных углекислый газ и аммиак удаляются через поверхность плазматической мембраны, а избыток воды и солей - через сократительные вакуоли (рис. 110).
Рис. 110. Сократительные вакуоли у инфузории-туфельки: 1 — центральная капсула; 2 - радиальные канальцы
У многоклеточных животных имеются органы выделения. Главный принцип их работы - выведение ненужных и вредных веществ, а также сохранение веществ, необходимых организму. Это достигается путем фильтрации жидких продуктов метаболизма сквозь поры плазматической мембраны клеток органов выделения. После фильтрации происходит обратное избирательное всасывание необходимых организму химических соединений благодаря активному их транспорту через плазматическую мембрану.
Наиболее простыми органами выделения обладают плоские черви. Так, планария имеет выделительную систему, состоящую из извитых канальцев, начинающихся в теле червя звездчатыми клетками (рис. 111,7). По канальцам жидкость выводится наружу через выделительные поры, открывающиеся на брюшной стороне тела червя. Выделительная система кольчатых червей представлена выделительными трубочками, расположенными попарно в каждом сегменте тела (рис. Ill, II). В них собираются из полости тела червя жидкие продукты, которые затем выводятся наружу через выделительные отверстия, расположенные на последующем сегменте тела.
Рис. 111. Органы выделения беспозвоночных животных: I - планарии: 1 - извитые канальцы, 2 — звездчатые клетки; II — дождевого червя: 3 — выделительные трубочки; III — майского жука: 4 — мальпигиевы сосуды
У насекомых конечные продукты обмена веществ собираются из полости тела в мальпигиевы сосуды, начинающиеся слепо в области брюшка (рис. Ill, III). Продукты выделения попадают в заднюю кишку, где смешиваются с непереваренными остатками пищи и через анальное отверстие удаляются наружу.
У позвоночных животных, в том числе и у человека, конечные продукты обмена веществ выводятся из организма через почки, легкие, кожу и кишечник. Основными органами мочевыделения служат почки (рис. 112). Они активно снабжаются кровью, из которой путем фильтрации и обратного избирательного всасывания образуется моча. Основная структурная и функциональная единица почки - нефрон, в котором в результате фильтрации из плазмы крови образуется моча. Ее количество составляет у человека в сутки 1,5-2 л.
Почки у всех позвоночных животных - органы парные. У земноводных, пресмыкающихся, птиц моча удаляется через клоаку, у рыб и млекопитающих - через мочеиспускательный канал.
Защита у одноклеточных организмов. Любой организм живет в условиях окружающей его среды, оказывающих на него различные воздействия. Некоторые условия, например, колебания температуры, иссушение воздуха, способны негативно влиять на жизнедеятельность организма, снижают его устойчивость к среде. У одноклеточных организмов основным способом защиты является образование защитных оболочек и переход в неактивное жизненное состояние. Например, все бактерии формируют особую капсулу, защищающую бактериальную клетку от негативных воздействий. При наступлении неблагоприятных условий бактериальная клетка превращается в спору (рис. 113). В таком виде бактерии могут находиться длительное время в состоянии покоя и выдерживать высокие температуры, иссушение и радиацию.
Рис. 112. Органы мочевыделительной системы человека: 1- почки; 2 — мочеточники; 3 — мочевой пузырь
Рис. 113. Стадии образования споры у бактерии
Одноклеточные животные, или простейшие, при наступлении неблагоприятных условий образуют цисты. Находясь в состоянии цист, они переживают высыхание и промерзание водоемов, отсутствие пищи, а также могут распространяться при помощи ветра, птиц и других животных (см. рис. 90, 1).
Защита у многоклеточных растений. Наземные растения защищены от воздействия вредных факторов внешней среды с помощью различных образований покровной ткани: эпидермиса, пробки и корки, защищающих их от механического повреждения и проникновения микроорганизмов. На поверхности листьев, молодых стеблей и плодов имеется кутикула, благодаря которой они становятся малопроницаемыми для газов, воды и микроорганизмов. Многие растения имеют средства пассивной защиты от поедания животными. Это жгучие волоски, щипы, колючки (рис. 114).
Рис. 114. Средства пассивной защиты у растений (колючки на стволе акации)
Рис. 115. Наружный скелет (хитиновый покров) членистоногих: 1— клетки кожи; 2 — слои хитина
Растения обладают также средствами химической защиты. В органах растений образуется жидкость, содержащая химические вещества, препятствующие поеданию этих растений животными. Это млечный сок молочая, смола хвойных. Некоторые растения активно защищаются от болезнетворных бактерий и грибов с помощью фитонцидов - летучих биологически активных веществ, вырабатываемых в клетках различных надземных и подземных органов. Известны фитонциды лука, чеснока, хрена, горчицы, хвойных растений.
Защита у многоклеточных животных.
Защиту организма многоклеточных животных от неблагоприятных воздействий окружающей среды создают кожные покровы. У беспозвоночных животных они представлены в основном клетками эпителиальной ткани. Так, ресничный эпителий у червей планарий не только создает механическое препятствие, но и выделяет специальную слизь, убивающую бактерий. Плотная кутикула паразитических червей защищает их от действия пищеварительных соков организма хозяина. У членистоногих кутикула содержит полисахарид хитин, придающий ей твердость (рис. 115). Клетки эпителиальной ткани у моллюсков формируют известковую раковину.
Рис. 116. Строение кожи млекопитающего: 1- эпидермис; 2 — дерма (собственно кожа); 3 — подкожная жировая клетчатка; 4 — волосяная луковица с волосом; 5 - сальная железа; 6 - потовая железа; 7 - кровеносный сосуд; 8 — рецепторы
Кожные покровы позвоночных животных, например млекопитающих, образованы двумя слоями: эпидермисом и собственно кожей, или дермой (рис. 116). В нижней части дермы откладывается жир, формирующий подкожную жировую клетчатку. В дерме расположены кожные железы, кровеносные сосуды, рецепторы и подходящие к ним нервы. У млекопитающих кожные покровы играют важную роль в процессах терморегуляции. Жировая клетчатка предохраняет организм от переохлаждения. Потовые железы обеспечивают выведение избыточного тепла из организма. К производным эпидермиса относятся: у пресмыкающихся - роговые чешуи и щитки; у птиц - клюв, когти, роговые чешуи и перья, у млекопитающих - волосы, ногти, когти, полые рога и копыта. Эти образования выполняют различные функции.
Рис. 117. Схема фагоцитоза: 1 - болезнетворные бактерии; 2 — лейкоциты, пожирающие бактериальные клетки; 3 — кровеносный сосуд
Защита организма от болезней. Иммунитет. Надежную защиту многоклеточных организмов от вторжения болезнетворных бактерий и вирусов обеспечивает иммунитет - состояние невосприимчивости к чужеродным клеткам и веществам. Растения обладают устойчивостью к некоторым бактериальным, вирусным и грибковым заболеваниям. Реакции иммунитета также выражены у животных и человека, обладающих иммунной системой.
Она включает красный костный мозг, тимус, селезенку, лимфатические узлы, а также скопления лимфоидной ткани, расположенные в пищеварительных и дыхательных путях. При контакте с чужеродными клетками, вирусами и веществами иммунная система способна давать различные формы иммунного ответа, главный из которых связан со способностью лейкоцитов крови к фагоцитозу (рис. 117) и выработке клетками-лимфоцитами особых белков - антител. Эти белки уничтожают болезнетворных бактерий и вирусов, попавших во внутреннюю среду организма. Следовательно, по своей природе иммунитет у животных и человека может быть клеточным, т.е. связанным с фагоцитами - пожирателями чужеродных клеток, либо гуморальным, обеспеченным антителами, вырабатываемыми лимфоцитами.
Выделение, транспирация, листопад, сократительные вакуоли; органы выделения: извитые канальцы, звездчатые клетки, выдели тельные трубочки, мальпигиевы сосуды, почки; нефрон, фильтрация, обратное избирательное всасывание; моча; спора, циста; кутикула, фитонциды; кожные покровы: дерма, эпидермис; иммунитет: клеточный, гуморальный.
1. В чем значение процесса выделения? 2. Какие органы растений участвуют в выделении? Какие вещества при этом образуются? 3. Каким образом выводится из клетки простейших избыток воды? 4. Чем представлены органы выделения у червей и насекомых? 5. Чем образована мочевыделительная система у позвоночных животных и человека? 6. Какими способами одноклеточные организмы защищаются от неблагоприятных воздействий окружающей среды? 7. Как растения защищены от воздействия неблагоприятных факторов? 8. Какие защитные образования имеются у беспозвоночных животных? 9. Какие функции выполняют кожные покровы позвоночных животных? 10. Что такое иммунитет? Чем обеспечивается иммунный ответ?