Definizione di escrezione
L’escrezione è il processo che gli organismi biologici usano per espellere o eliminare i prodotti di scarto prodotti dai loro metabolismi. Per sopravvivere, le cellule hanno bisogno di eseguire certe reazioni biochimiche, mentre queste reazioni avvengono, si formano alcuni sottoprodotti che possono essere tossici o letali per le cellule se si lasciano accumulare. Il processo di escrezione raccoglie questi rifiuti e li libera dalla cellula. Negli organismi multicellulari, questi rifiuti devono essere espulsi dal corpo.
L’escrezione è una parte importante dell’osmoregolazione, o i tentativi di un organismo di controllare l’ambiente all’interno delle sue cellule. L’osmoregolazione è importante per una serie di ragioni, principalmente perché le reazioni biochimiche necessarie alla vita richiedono condizioni precise. Senza la giusta acidità e concentrazione di molecole, certe reazioni come la sintesi del DNA e la produzione di ATP non potrebbero avvenire. Inoltre, sostanze come l’ammoniaca (un sottoprodotto della scomposizione degli aminoacidi), possono essere tossiche per le cellule.
L’escrezione può essere paragonata alla secrezione, il processo attraverso il quale feromoni, ormoni e altre sostanze attive vengono secreti dalla cellula. Con il processo di escrezione, lo scopo di rimuovere le sostanze dalla cellula è semplicemente perché le sostanze sono rifiuti, e talvolta tossiche. Con la secrezione, le sostanze stesse servono uno scopo al di fuori della cellula, come coordinare la crescita in un organismo o attirare un compagno.
Tutti gli organismi hanno qualche metodo di escrezione. L’escrezione opera attraverso una serie di metodi diversi, a seconda della specie. Gli organismi unicellulari hanno spesso metodi di escrezione molto semplici, che coinvolgono lo scarico dei rifiuti all’esterno della cellula. Gli organismi multicellulari hanno a che fare con l’escrezione su più fronti. Dopo che le singole cellule espellono i loro rifiuti, questi vengono semplicemente depositati in una cavità del corpo o in un vaso sanguigno. Da qui le sostanze espulse devono farsi strada fuori dal corpo. Sotto ci sono diversi esempi di escrezione in diversi organismi.
Esempi di escrezione
Escrezione in organismi unicellulari
Negli organismi unicellulari, l’escrezione è abbastanza semplice. La maggior parte degli organismi unicellulari si nutre attraverso il processo di fagocitosi, durante il quale la membrana cellulare è ripiegata verso l’interno per creare una vescicola alimentare. Questo pacchetto legato alla membrana viene portato nel citoplasma della cellula, dove vengono introdotti gli enzimi digestivi. Una volta che il cibo è stato digerito, tutto ciò che rimane nella vescicola sono i prodotti di scarto rimasti. La maggior parte delle cellule utilizza quindi il processo di esocitosi per rimuovere questi rifiuti. L’esocitosi è semplicemente l’inverso della fagocitosi, in quanto la vescicola alimentare si fonde con la membrana cellulare e il contenuto viene scaricato all’esterno della cellula.
Molti protisti di acqua dolce hanno anche un vacuolo contrattile. Questo organello interno raccoglie l’acqua che fluisce nella cellula e la spinge fuori spremendo il vacuolo. Gli organismi d’acqua dolce, tipicamente a differenza degli organismi marini, sono ipertonici rispetto al loro ambiente. Mentre devono mantenere un alto livello di sostanze disciolte rispetto all’acqua che li circonda, questo fa sì che l’acqua fluisca nelle loro cellule. L’escrezione di quest’acqua assicura il mantenimento dell’omeostasi.
Escrezione negli animali
Mentre l’escrezione non cambia necessariamente a livello cellulare, la maggior parte degli organismi multicellulari richiede mezzi aggiuntivi di escrezione. Alcuni piccoli organismi multicellulari semplicemente espellono le sostanze attraverso la loro pelle, permettendo loro di diffondersi nel tempo. Questo funziona solo per gli organismi più piccoli e sottili. La maggior parte degli animali, tuttavia, ha organi specializzati e sistemi progettati interamente per l’escrezione.
Tutti gli animali, attraverso il processo di respirazione cellulare, producono acqua e anidride carbonica come sottoprodotto. Inoltre, tutti gli animali usano aminoacidi per costruire e mantenere il loro DNA, oltre a scomporre gli aminoacidi in altri prodotti cellulari. Mentre queste sostanze possono essere facilmente espulse dalle cellule, rimangono intrappolate nel corpo senza organi per espellerle. L’anidride carbonica, che esiste sotto forma di gas disciolto, può essere espulsa dai polmoni o dalle branchie, mentre un organismo respira.
L’acqua e gli aminoacidi scomposti devono essere espulsi in altro modo. Per questo scopo, la maggior parte degli animali ha uno o più organi con strutture minuscole chiamate nefridia. I nefridia sono piccoli tubuli con cellule specializzate che li circondano. Quando i fluidi corporei vengono tirati nei tubuli, viaggiano attraverso diverse aree che sono regolate osmoticamente per estrarre i prodotti di scarto dai fluidi. Nella maggior parte degli animali marini, il principale prodotto di scarto creato dagli aminoacidi è l’ammoniaca. Poiché c’è un’ampia disponibilità d’acqua, i pesci e altri organismi marini sciacquano semplicemente l’ammoniaca dai loro sistemi usando grandi quantità d’acqua.
Gli organismi terrestri non hanno questo vantaggio. Se questi organismi producessero ammoniaca, si disidraterebbero nel tentativo di farla uscire tutta. Così, gli organismi terrestri hanno spesso nefridia più avanzati, alloggiati in organi più complessi. La maggior parte degli organismi terrestri hanno un rene, che ospita i nefridi, così come un fegato che contribuisce anche a filtrare i fluidi corporei. Gli animali terrestri usano questi organi più potenti per concentrare l’ammoniaca in urea (mammiferi) o in acido urico (uccelli e alcuni rettili). Questi metodi possono essere conservati più a lungo, senza bisogno di tanta acqua. Il sistema di nefroni usato dagli animali per l’escrezione può essere visto nell’immagine qui sotto.
Altri animali hanno metodi di escrezione diversamente evoluti. Gli insetti, per esempio, hanno sviluppato il sistema dei tubuli di Malpighian, che funziona in modo simile ai nefridia, ma è sorto indipendentemente nella storia dell’evoluzione. Queste serie di tubuli, che non sono contenuti in un organo che riceve il sangue come un rene, si estendono nel fluido corporeo in tutto il corpo. Si attaccano all’intestino, dove depositano gli escrementi di scarto. Questo processo di escrezione è diverso da quello dei mammiferi e di altri animali familiari, ma ha la stessa funzione.
Escrezione nelle piante
Anche le piante subiscono il processo di escrezione. Le piante semplici e piccole espellono i rifiuti sulla superficie delle loro cellule. Le piante più grandi e vascolari hanno sviluppato metodi di escrezione che coinvolgono la foglia come organo escretore. Nelle grandi piante vascolari, le cellule interne della pianta non hanno accesso all’ambiente esterno. Come le cellule degli animali, esse secernono i loro rifiuti negli spazi intracellulari. I rifiuti delle piante sono leggermente diversi da quelli degli animali in quanto l’ossigeno è il principale prodotto gassoso di scarto. Per liberarsi di questo ossigeno e introdurre anidride carbonica fresca, le piante si affidano a una serie di aperture nelle foglie, chiamate stomi. Uno stoma microscopico è raffigurato qui sotto, mostrato in posizione aperta.
Attraverso questi stomi i prodotti di scarto possono essere eliminati. Sono cruciali in questo processo anche lo xilema e il floema, tessuti all’interno delle piante che permettono all’acqua, allo zucchero e ai minerali di essere trasportati intorno alla pianta. Quando gli stomi sono aperti, avviene lo scambio di gas e l’escrezione. Le cellule di tutta la pianta scaricano i loro rifiuti nell’acqua che viaggia verso le foglie, che viene poi gettata fuori attraverso lo stoma.