Erittymisen määritelmä
Erittyminen on prosessi, jota biologiset organismit käyttävät karkottaakseen tai poistaakseen aineenvaihduntansa tuottamat jätetuotteet. Jotta solut selviytyisivät, niiden on suoritettava tiettyjä biokemiallisia reaktioita, ja kun nämä reaktiot tapahtuvat, syntyy joitakin sivutuotteita, jotka voivat olla myrkyllisiä tai tappavia soluille, jos niiden annetaan kertyä. Erittymisprosessi kerää nämä jätteet ja poistaa ne solusta. Monisoluisissa eliöissä nämä jätteet on sitten poistettava elimistöstä.
Ekskretio on tärkeä osa osmoregulaatiota eli eliön pyrkimystä kontrolloida solujensa sisäistä ympäristöä. Osmoregulaatio on tärkeää useista syistä, pääasiassa siksi, että elämän edellyttämät biokemialliset reaktiot vaativat tarkat olosuhteet. Ilman molekyylien oikeaa happamuutta ja pitoisuutta tietyt reaktiot, kuten DNA-synteesi ja ATP:n tuotanto, eivät voisi tapahtua. Lisäksi aineet, kuten ammoniakki (aminohappojen hajoamisen sivutuote), voivat olla myrkyllisiä soluille.
Ekskretiota voidaan verrata eritykseen, eli prosessiin, jossa feromoneja, hormoneja ja muita aktiivisia aineita erittyy solusta. Erittymisprosessissa aineiden poistamisen tarkoitus solusta on yksinkertaisesti se, että aineet ovat jätettä ja joskus myrkyllisiä. Erittymisessä aineet itsessään palvelevat solun ulkopuolista tarkoitusta, kuten organismin kasvun koordinointia tai parin houkuttelua.
Kaikilla eliöillä on jokin erittymismenetelmä. Erittyminen toimii useilla eri menetelmillä lajista riippuen. Yksisoluisilla organismeilla on usein hyvin yksinkertaisia erittymismenetelmiä, joihin kuuluu jätteiden tyhjentäminen solun ulkopuolelle. Monisoluiset organismit joutuvat käsittelemään erittymistä useilla eri rintamilla. Kun yksittäiset solut ovat poistaneet jätteensä, jätteet yksinkertaisesti laskeutuvat ruumiinonteloon tai verisuoniin. Sieltä erittyvien aineiden on kuljettava ulos elimistöstä. Alla on useita esimerkkejä erittymisestä eri eliöissä.
Esimerkkejä erittymisestä
Erittyminen yksisoluisissa eliöissä
Yksisoluisissa eliöissä erittyminen on melko yksinkertaista. Useimmat yksisoluiset organismit syövät ravintonsa fagosytoosiprosessin avulla, jonka aikana solukalvo taittuu sisäänpäin muodostaen ravintorakkulan. Tämä kalvoon sidottu paketti viedään solun sytoplasmaan, jossa siihen lisätään ruoansulatusentsyymejä. Kun ruoka on sulatettu, vesikkeliin jäävät vain jäljelle jääneet jätetuotteet. Useimmat solut käyttävät sitten eksosytoosiprosessia tämän jätteen poistamiseksi. Eksosytoosi on yksinkertaisesti fagosytoosin kääntöpuoli siinä mielessä, että ravintorakkula sulautuu solukalvoon ja sisältö dumpataan solun ulkopuolelle.
Monilla makean veden alkueläimillä on myös supistuva vakuoli. Tämä sisäinen organelli kerää soluun virtaavan veden ja pakottaa sen ulos puristamalla vakuolia. Makean veden eliöt, toisin kuin meren eliöt, ovat tyypillisesti hypertonisia ympäristöönsä nähden. Vaikka niiden on pidettävä yllä korkeaa liuenneiden aineiden määrää ympäröivään veteen verrattuna, tämä aiheuttaa myös sen, että vesi virtaa niiden soluihin. Erittämällä tätä vettä ne varmistavat homeostaasin säilymisen.
Erittyminen eläimissä
Vaikka erittyminen ei välttämättä muutu solutasolla, useimmat monisoluiset eliöt tarvitsevat ylimääräisiä keinoja erittymiseen. Jotkut pienet monisoluiset eliöt erittävät aineita yksinkertaisesti ihon läpi, jolloin ne diffundoituvat pois ajan myötä. Tämä toimii vain pienimmissä ja ohuimmissa eliöissä. Useimmilla eläimillä on kuitenkin erikoistuneita elimiä ja järjestelmiä, jotka on suunniteltu kokonaan erittymistä varten.
Kaikki eläimet tuottavat soluhengityksen kautta sivutuotteena vettä ja hiilidioksidia. Lisäksi kaikki eläimet käyttävät aminohappoja DNA:nsa rakentamiseen ja ylläpitämiseen sekä aminohappojen hajottamiseen muiksi solutuotteiksi. Vaikka nämä aineet voidaan helposti erittää soluista, ne jäävät loukkuun elimistöön ilman elimiä, jotka voisivat erittää ne. Hiilidioksidi, joka on olemassa liuenneena kaasuna, voidaan erittää keuhkoista tai kiduksista, kun eliö hengittää.
Vesi ja hajotetut aminohapot on eritettävä toisella tavalla. Tätä tarkoitusta varten useimmilla eläimillä on elin tai elimiä, joissa on pieniä rakenteita, joita kutsutaan nefriideiksi. Nefridiat ovat pieniä putkia, joita ympäröivät erikoistuneet solut. Kun ruumiinnesteet imeytyvät tubuluksiin, ne kulkevat eri alueiden läpi, jotka ovat osmoottisesti säädeltyjä vetämään jätetuotteet pois nesteistä. Useimmissa merieläimissä tärkein aminohapoista syntyvä jätetuote on ammoniakki. Koska vettä on runsaasti saatavilla, kalat ja muut meren eliöt yksinkertaisesti huuhtovat ammoniakin pois elimistöstään käyttämällä runsaasti vettä.
Maaeliöillä ei ole tätä etua. Jos nämä organismit tuottaisivat ammoniakkia, ne kuivuisivat yrittäessään huuhtoa sen pois. Siksi maanpäällisillä organismeilla on usein kehittyneemmät nefriidit, jotka sijaitsevat monimutkaisemmissa elimissä. Useimmilla maaeliöillä on munuaiset, joissa nefriidit sijaitsevat, sekä maksa, joka myös osallistuu kehon nesteiden suodattamiseen. Maaeläimet käyttävät näitä tehokkaampia elimiä keskittääkseen ammoniakin joko ureaksi (nisäkkäät) tai virtsahapoksi (linnut ja jotkut matelijat). Näitä menetelmiä voidaan säilyttää pidempään, eikä vettä tarvita yhtä paljon. Eläinten erittämiseen käyttämä nefronijärjestelmä näkyy alla olevassa kuvassa.
Toisilla eläimillä on eri tavoin kehittyneitä erittämistapoja. Esimerkiksi hyönteiset ovat kehittäneet Malpighin putkijärjestelmän, joka toimii samalla tavalla kuin nefriidit, mutta syntyi itsenäisesti evoluution historiassa. Nämä putkistosarjat, jotka eivät sisälly munuaisten kaltaiseen verta vastaanottavaan elimeen, ulottuvat ruumiinnesteeseen kaikkialla kehossa. Ne kiinnittyvät suolistoon, jonne ne laskevat ulosteet. Tämä erittymisprosessi on erilainen kuin nisäkkäillä ja muilla tutuilla eläimillä, mutta palvelee samaa tehtävää.
Kasvien erittyminen
Kasveissakin tapahtuu erittymistä. Yksinkertaiset, pienet kasvit erittävät jätteitä solujensa pinnoille. Suuremmat, verisuonikasvit ovat kehittäneet erittymismenetelmiä, joissa lehti toimii erittävänä elimenä. Suurissa verisuonikasveissa kasvin sisäisillä soluilla ei ole pääsyä ulkoiseen ympäristöön. Eläinsolujen tavoin ne erittävät jätteensä solunsisäisiin tiloihin. Kasvien jätteet eroavat hieman eläinten jätteistä siinä, että happi on tärkein kaasumainen jätetuote. Hapen poistamiseksi ja tuoreen hiilidioksidin saamiseksi sisään kasvit käyttävät lehdissä olevia aukkoja, joita kutsutaan stoomiksi. Alla olevassa kuvassa on mikroskooppinen stooma, joka on avoinna.
Näiden stoomien kautta jätetuotteet voivat poistua. Tässä prosessissa ratkaisevassa asemassa ovat myös ksyleemi ja floemi, jotka ovat kasvien sisällä olevia kudoksia, joiden avulla vesi, sokeri ja mineraalit kulkeutuvat ympäri kasvia. Kun suonet ovat auki, kaasujen vaihto ja erittyminen tapahtuvat. Kaikkialla kasvissa olevat solut tyhjentävät jätteensä lehtiin kulkevaan veteen, joka sitten heitetään ulos stooman kautta.