Ausscheidung Definition
Ausscheidung ist der Prozess, den biologische Organismen nutzen, um die durch ihren Stoffwechsel erzeugten Abfallprodukte auszuscheiden oder zu beseitigen. Damit die Zellen überleben können, müssen sie bestimmte biochemische Reaktionen durchführen. Bei diesen Reaktionen entstehen einige Nebenprodukte, die giftig oder tödlich für die Zellen sein können, wenn sie sich anhäufen dürfen. Durch den Prozess der Ausscheidung werden diese Abfallstoffe gesammelt und aus der Zelle ausgeschieden. In mehrzelligen Organismen müssen diese Abfallstoffe dann aus dem Körper ausgeschieden werden.
Die Ausscheidung ist ein wichtiger Teil der Osmoregulation, d. h. der Versuche eines Organismus, das Milieu innerhalb seiner Zellen zu kontrollieren. Die Osmoregulation ist aus mehreren Gründen wichtig, vor allem weil die biochemischen Reaktionen, die für das Leben notwendig sind, präzise Bedingungen erfordern. Ohne den richtigen Säuregehalt und die richtige Konzentration von Molekülen könnten bestimmte Reaktionen wie die DNA-Synthese und die ATP-Produktion nicht stattfinden. Außerdem können Stoffe wie Ammoniak (ein Nebenprodukt des Abbaus von Aminosäuren) für die Zellen giftig sein.
Die Exkretion kann mit der Sekretion verglichen werden, dem Prozess, bei dem Pheromone, Hormone und andere Wirkstoffe aus der Zelle ausgeschieden werden. Bei der Exkretion werden die Stoffe nur deshalb aus der Zelle entfernt, weil es sich um Abfallstoffe handelt, die manchmal auch giftig sind. Bei der Sekretion dienen die Substanzen selbst einem Zweck außerhalb der Zelle, z. B. der Koordinierung des Wachstums in einem Organismus oder der Anlockung eines Partners.
Alle Organismen verfügen über eine Methode der Ausscheidung. Die Ausscheidung funktioniert je nach Art auf unterschiedliche Weise. Einzellige Organismen haben oft sehr einfache Ausscheidungsmethoden, bei denen die Abfälle außerhalb der Zelle entsorgt werden. Mehrzellige Organismen müssen sich mit der Ausscheidung an mehreren Fronten auseinandersetzen. Nachdem einzelne Zellen ihre Abfälle ausgeschieden haben, werden diese einfach in einer Körperhöhle oder einem Blutgefäß deponiert. Von hier aus müssen die ausgeschiedenen Stoffe ihren Weg aus dem Körper finden. Im Folgenden finden Sie einige Beispiele für die Ausscheidung bei verschiedenen Organismen.
Beispiele für die Ausscheidung
Ausscheidung bei Einzellern
Bei Einzellern ist die Ausscheidung recht einfach. Die meisten einzelligen Organismen ernähren sich durch den Prozess der Phagozytose, bei dem die Zellmembran nach innen gefaltet wird und ein Nahrungsvesikel bildet. Dieses membrangebundene Paket wird in das Zytoplasma der Zelle aufgenommen, wo Verdauungsenzyme zugeführt werden. Sobald die Nahrung verdaut ist, bleiben im Vesikel nur noch die Abfallprodukte zurück. Die meisten Zellen nutzen dann den Prozess der Exozytose, um diese Abfälle zu entfernen. Die Exozytose ist einfach die Umkehrung der Phagozytose, bei der das Nahrungsvesikel mit der Zellmembran verschmilzt und der Inhalt außerhalb der Zelle entsorgt wird.
Viele Süßwasserprotisten haben auch eine kontraktile Vakuole. Diese interne Organelle sammelt das in die Zelle einströmende Wasser und drückt es durch Zusammendrücken der Vakuole heraus. Im Gegensatz zu Meeresorganismen sind Süßwasserorganismen in der Regel hyperton gegenüber ihrer Umgebung. Sie müssen einen hohen Gehalt an gelösten Stoffen im Vergleich zum Wasser um sie herum aufrechterhalten, was auch dazu führt, dass Wasser in ihre Zellen fließt. Die Ausscheidung dieses Wassers gewährleistet die Aufrechterhaltung der Homöostase.
Ausscheidung bei Tieren
Während sich die Ausscheidung auf zellulärer Ebene nicht unbedingt ändert, benötigen die meisten mehrzelligen Organismen zusätzliche Mittel zur Ausscheidung. Einige kleine mehrzellige Organismen scheiden Stoffe einfach über ihre Haut aus, so dass sie mit der Zeit diffundieren. Dies funktioniert nur bei den kleinsten und dünnsten Organismen. Die meisten Tiere haben jedoch spezialisierte Organe und Systeme, die ganz auf die Ausscheidung ausgerichtet sind.
Alle Tiere produzieren durch den Prozess der Zellatmung Wasser und Kohlendioxid als Nebenprodukt. Darüber hinaus verwenden alle Tiere Aminosäuren, um ihre DNA aufzubauen und zu erhalten und um Aminosäuren in andere zelluläre Produkte aufzuspalten. Während diese Stoffe leicht aus den Zellen ausgeschieden werden können, bleiben sie im Körper gefangen, wenn es keine Organe gibt, die sie ausscheiden. Kohlendioxid, das in Form eines gelösten Gases vorliegt, kann über die Lunge oder die Kiemen ausgeschieden werden, wenn ein Organismus atmet.
Wasser und die abgebauten Aminosäuren müssen auf andere Weise ausgeschieden werden. Zu diesem Zweck haben die meisten Tiere ein Organ oder Organe mit winzigen Strukturen, die Nephridien genannt werden. Nephridien sind winzige Röhrchen mit spezialisierten Zellen, die sie umgeben. Wenn Körperflüssigkeiten in die Röhrchen gezogen werden, durchlaufen sie verschiedene Bereiche, die osmotisch reguliert werden, um Abfallprodukte aus den Flüssigkeiten zu ziehen. Bei den meisten Meerestieren ist das Hauptabfallprodukt, das durch Aminosäuren entsteht, Ammoniak. Da reichlich Wasser zur Verfügung steht, spülen Fische und andere Meeresorganismen das Ammoniak einfach mit reichlich Wasser aus ihrem System aus.
Terrestrische Organismen haben diesen Vorteil nicht. Wenn diese Organismen Ammoniak produzieren, würden sie bei dem Versuch, es auszuspülen, dehydriert werden. Daher haben Landlebewesen oft weiter entwickelte Nephridien, die in komplexeren Organen untergebracht sind. Die meisten Landtiere verfügen über eine Niere, in der die Nephridien untergebracht sind, sowie über eine Leber, die ebenfalls zur Filterung der Körperflüssigkeiten beiträgt. Landtiere nutzen diese leistungsfähigeren Organe, um das Ammoniak entweder zu Harnstoff (Säugetiere) oder zu Harnsäure (Vögel und einige Reptilien) zu konzentrieren. Diese Methoden können länger gespeichert werden, ohne dass so viel Wasser benötigt wird. Das Nephronsystem, das von Tieren zur Ausscheidung verwendet wird, ist in der Abbildung unten zu sehen.
Weitere Tiere haben unterschiedlich entwickelte Methoden der Ausscheidung. Insekten zum Beispiel haben das System der Malpighischen Tubuli entwickelt, das ähnlich wie die Nephridien funktioniert, aber in der Evolutionsgeschichte unabhängig entstanden ist. Diese Röhrchen, die nicht in einem blutaufnehmenden Organ wie einer Niere enthalten sind, erstrecken sich über den gesamten Körper in die Körperflüssigkeit. Sie schließen an den Darm an, wo sie die Ausscheidungen ablagern. Dieser Ausscheidungsprozess ist anders als bei Säugetieren und anderen bekannten Tieren, dient aber der gleichen Funktion.
Ausscheidung bei Pflanzen
Pflanzen durchlaufen ebenfalls den Prozess der Ausscheidung. Einfache, kleine Pflanzen scheiden Abfallstoffe über die Oberfläche ihrer Zellen aus. Größere Gefäßpflanzen haben Ausscheidungsmethoden entwickelt, die das Blatt als Ausscheidungsorgan einbeziehen. Bei großen Gefäßpflanzen haben die inneren Zellen der Pflanze keinen Zugang zur äußeren Umgebung. Wie die Zellen der Tiere scheiden sie ihre Abfallstoffe in die intrazellulären Räume aus. Die pflanzlichen Abfälle unterscheiden sich von den tierischen insofern, als dass Sauerstoff das wichtigste gasförmige Abfallprodukt ist. Um diesen Sauerstoff loszuwerden und frisches Kohlendioxid zuzuführen, verfügen die Pflanzen über eine Reihe von Öffnungen in den Blättern, die Stomata genannt werden. Ein mikroskopisches Stoma ist unten abgebildet, in geöffneter Position.
Durch diese Stomata können Abfallprodukte ausgeschieden werden. Entscheidend für diesen Prozess sind auch das Xylem und das Phloem, Gewebe in Pflanzen, die den Transport von Wasser, Zucker und Mineralien in der Pflanze ermöglichen. Wenn die Stomata geöffnet sind, finden Gasaustausch und Ausscheidung statt. Die Zellen der gesamten Pflanze geben ihre Abfälle in das Wasser ab, das zu den Blättern fließt und dann durch das Stoma ausgeschieden wird.