Biologia per i maggiori II

Vacuoli contrattili nei microorganismi

Figura 1. Alcuni organismi unicellulari, come l’ameba, ingeriscono il cibo per endocitosi. La vescicola alimentare si fonde con un lisosoma, che digerisce il cibo. I rifiuti vengono espulsi per esocitosi.

La caratteristica più fondamentale della vita è la presenza di una cellula. In altre parole, una cellula è la più semplice unità funzionale della vita. I batteri sono organismi unicellulari e procarioti che hanno alcuni dei processi vitali meno complessi; tuttavia, i procarioti come i batteri non contengono vacuoli legati alla membrana. Le cellule dei microrganismi come i batteri, i protozoi e i funghi sono legati da membrane cellulari e le usano per interagire con l’ambiente. Alcune cellule, compresi alcuni leucociti negli esseri umani, sono in grado di ingerire il cibo per endocitosi – la formazione di vescicole per involuzione della membrana cellulare all’interno delle cellule. Le stesse vescicole sono in grado di interagire e scambiare metaboliti con l’ambiente intracellulare. In alcuni organismi eucarioti unicellulari come l’ameba, mostrata nella Figura 1, i rifiuti cellulari e l’acqua in eccesso vengono espulsi per esocitosi, quando i vacuoli contrattili si fondono con la membrana cellulare ed espellono i rifiuti nell’ambiente. I vacuoli contrattili (CV) non devono essere confusi con i vacuoli, che immagazzinano cibo o acqua.

Cellule di Planaria e Nefridi di Vermi

Come i sistemi multicellulari si sono evoluti per avere sistemi di organi che dividevano le necessità metaboliche del corpo, i singoli organi si sono evoluti per eseguire la funzione escretrice. Le planarie sono vermi piatti che vivono in acqua dolce. Il loro sistema escretore consiste in due tubuli collegati a un sistema di dotti altamente ramificati. Le cellule nei tubuli sono chiamate cellule di fiamma (o protonefridi) perché hanno un gruppo di ciglia che assomiglia a una fiamma tremolante quando viene vista al microscopio, come illustrato nella Figura 2a. Le ciglia spingono i rifiuti giù per i tubuli e fuori dal corpo attraverso i pori escretori che si aprono sulla superficie del corpo; le ciglia estraggono anche l’acqua dal fluido interstiziale, permettendo la filtrazione. Qualsiasi metabolita di valore viene recuperato per riassorbimento. Le cellule di fiamma si trovano nei vermi piatti, comprese le tenie parassite e le planarie a vita libera. Mantengono anche l’equilibrio osmotico dell’organismo.

I vermi terrestri (anellidi) hanno strutture escretrici leggermente più evolute chiamate nefridia, illustrate nella Figura 2b. Una coppia di nefridi è presente su ogni segmento del lombrico. Sono simili alle cellule di fiamma in quanto hanno un tubulo con ciglia. L’escrezione avviene attraverso un poro chiamato nefridioporo. Sono più evolute delle cellule di fiamma in quanto hanno un sistema di riassorbimento tubolare da una rete capillare prima dell’escrezione.

Figura 2. Nel sistema escretore della (a) planaria, le ciglia delle cellule fiamma spingono i rifiuti attraverso un tubulo formato da una cellula tubulare. I tubuli sono collegati in strutture ramificate che portano a pori situati lungo tutti i lati del corpo. Il filtrato viene secreto attraverso questi pori. In (b) anellidi come i lombrichi, i nefridia filtrano il fluido dal celoma, o cavità del corpo. Le ciglia che battono all’apertura del nefridio attirano l’acqua dal celoma in un tubulo. Mentre il filtrato passa lungo i tubuli, i nutrienti e gli altri soluti vengono riassorbiti dai capillari. Il fluido filtrato contenente rifiuti azotati e di altro tipo viene immagazzinato in una vescica e poi secreto attraverso un poro nel lato del corpo.

Tubuli malpighiani degli insetti

I tubuli malpighiani si trovano nel rivestimento dell’intestino di alcune specie di artropodi, come l’ape illustrata nella figura 3.

Figura 3. I tubuli malpighiani degli insetti e di altri artropodi terrestri rimuovono i rifiuti azotati e altri soluti dall’emolinfa. Gli ioni Na+ e/o K+ sono attivamente trasportati nel lume dei tubuli. L’acqua entra poi nei tubuli per osmosi, formando l’urina. L’urina passa attraverso l’intestino e nel retto. Lì, i nutrienti si diffondono nuovamente nell’emolinfa. Gli ioni Na+ e/o K+ vengono pompati nell’emolinfa e l’acqua segue. I rifiuti concentrati vengono poi espulsi.

Sono di solito trovati in coppia e il numero di tubuli varia con la specie di insetto. I tubuli di Malpighian sono convoluti, il che aumenta la loro superficie, e sono rivestiti di microvilli per il riassorbimento e il mantenimento dell’equilibrio osmotico. I tubuli di Malpighian lavorano in collaborazione con ghiandole specializzate nella parete del retto. I fluidi corporei non sono filtrati come nel caso dei nefridia; l’urina è prodotta da meccanismi di secrezione tubulare dalle cellule che rivestono i tubuli di Malpighian che sono bagnati dall’emolinfa (una miscela di sangue e liquido interstiziale che si trova negli insetti e in altri artropodi così come nella maggior parte dei molluschi). I rifiuti metabolici come l’acido urico si diffondono liberamente nei tubuli. Ci sono pompe di scambio lungo i tubuli, che trasportano attivamente ioni H+ nella cellula e ioni K+ o Na+ fuori; l’acqua segue passivamente per formare l’urina. La secrezione di ioni altera la pressione osmotica che attira acqua, elettroliti e rifiuti azotati (acido urico) nei tubuli. L’acqua e gli elettroliti vengono riassorbiti quando questi organismi si trovano in ambienti poveri d’acqua, e l’acido urico viene escreto come una pasta densa o polvere. Non sciogliere i rifiuti in acqua aiuta questi organismi a conservare l’acqua; questo è particolarmente importante per la vita in ambienti secchi.

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