Excretie Definitie
Excretie is het proces dat biologische organismen gebruiken om de afvalproducten die door hun metabolisme worden geproduceerd, uit te drijven of te elimineren. Om te kunnen overleven moeten cellen bepaalde biochemische reacties uitvoeren. Bij deze reacties worden bijproducten gevormd die giftig of dodelijk voor de cellen kunnen zijn als zij zich ophopen. Het uitscheidingsproces verzamelt deze afvalstoffen en verwijdert ze uit de cel. In meercellige organismen moeten deze afvalstoffen dan uit het lichaam worden uitgescheiden.
Uitscheiding is een belangrijk onderdeel van osmoregulatie, oftewel de pogingen van een organisme om het milieu in zijn cellen te beheersen. Osmoregulatie is om een aantal redenen belangrijk, vooral omdat de biochemische reacties die nodig zijn om leven te laten ontstaan, nauwkeurige omstandigheden vereisen. Zonder de juiste zuurtegraad en concentratie van moleculen zouden bepaalde reacties zoals DNA-synthese en ATP-productie niet kunnen plaatsvinden. Verder kunnen stoffen als ammoniak (een bijprodukt van de afbraak van aminozuren), giftig zijn voor cellen.
Excretie kan worden vergeleken met secretie, het proces waarbij feromonen, hormonen, en andere actieve stoffen uit de cel worden afgescheiden. Bij het proces van uitscheiding is het doel van het verwijderen van de stoffen uit de cel eenvoudig omdat de stoffen afval zijn, en soms giftig. Bij uitscheiding dienen de stoffen zelf een doel buiten de cel, zoals het coördineren van de groei in een organisme of het aantrekken van een partner.
Alle organismen hebben een of andere methode van uitscheiding. De uitscheiding verloopt via een aantal verschillende methoden, afhankelijk van de soort. Unicellulaire organismen hebben vaak zeer eenvoudige uitscheidingsmethoden, waarbij het afval naar de buitenkant van de cel wordt gedumpt. Meercellige organismen hebben op verschillende fronten met uitscheiding te maken. Nadat individuele cellen hun afvalstoffen hebben uitgescheiden, worden deze eenvoudigweg gedeponeerd in een lichaamsholte of bloedvat. Van hieruit moeten de uitgescheiden stoffen hun weg uit het lichaam vinden. Hieronder staan enkele voorbeelden van uitscheiding in verschillende organismen.
Voorbeelden van uitscheiding
Uitscheiding in eencellige organismen
In eencellige organismen is de uitscheiding vrij eenvoudig. De meeste eencelligen voeden zich via het proces van fagocytose, waarbij het celmembraan naar binnen wordt gevouwen om een voedselblaasje te vormen. Dit membraangebonden pakketje wordt in het cytoplasma van de cel gebracht, waar verteringsenzymen worden ingebracht. Zodra het voedsel is verteerd, blijven in het blaasje alleen nog de afvalproducten over. De meeste cellen gebruiken dan het proces van exocytose om deze afvalstoffen te verwijderen. Exocytose is gewoon het omgekeerde van fagocytose, in die zin dat het voedselblaasje versmelt met het celmembraan en de inhoud aan de buitenkant van de cel wordt gedumpt.
Veel zoetwaterprotisten hebben ook een samentrekkende vacuole. Dit inwendige organel vangt het water op dat in de cel stroomt en perst het naar buiten door de vacuole samen te knijpen. Zoetwaterorganismen zijn, typisch in tegenstelling tot mariene organismen, hypertonisch voor hun omgeving. Zij moeten een hoog niveau van opgeloste stoffen handhaven ten opzichte van het water om hen heen, maar dit zorgt er ook voor dat het water hun cellen binnenstroomt. Het uitscheiden van dit water zorgt ervoor dat zij hun homeostase handhaven.
Excretie bij dieren
Hoewel de excretie op cellulair niveau niet noodzakelijk verandert, hebben de meeste meercellige organismen aanvullende middelen van excretie nodig. Sommige kleine meercellige organismen scheiden stoffen gewoon via hun huid uit, waardoor ze na verloop van tijd diffunderen. Dit werkt alleen voor de kleinste en dunste organismen. De meeste dieren hebben echter gespecialiseerde organen en systemen die geheel voor de uitscheiding zijn ontworpen.
Alle dieren produceren door het proces van cellulaire ademhaling water en kooldioxide als bijproduct. Verder gebruiken alle dieren aminozuren om hun DNA op te bouwen en te onderhouden, en breken zij aminozuren af tot andere cellulaire producten. Hoewel deze stoffen gemakkelijk uit de cellen kunnen worden uitgescheiden, komen zij in het lichaam vast te zitten als er geen organen zijn om ze uit te scheiden. Kooldioxide, dat bestaat in de vorm van een opgelost gas, kan worden uitgescheiden door de longen of de kieuwen, wanneer een organisme ademt.
Water en de afgebroken aminozuren moeten op een andere manier worden uitgescheiden. Daartoe hebben de meeste dieren een orgaan of organen met minuscule structuren, nefridia genaamd. Nefridia zijn piepkleine buisjes met daaromheen gespecialiseerde cellen. Wanneer lichaamsvloeistoffen in de tubuli worden getrokken, gaan zij door verschillende gebieden die osmotisch geregeld zijn om afvalproducten aan de vloeistoffen te onttrekken. Bij de meeste zeedieren is ammoniak het belangrijkste afvalproduct dat door aminozuren wordt gevormd. Omdat er een ruime beschikbaarheid van water is, spoelen vissen en andere mariene organismen de ammoniak eenvoudigweg uit hun systemen met behulp van ruime hoeveelheden water.
Terrestrische organismen hebben dit voordeel niet. Als deze organismen ammoniak produceren, zouden ze uitdrogen bij het wegspoelen. Daarom hebben aardse organismen vaak meer geavanceerde nefridia, ondergebracht in complexere organen. De meeste op het land levende organismen hebben een nier, waarin de nefridia zijn ondergebracht, en een lever, die ook bijdraagt tot het filteren van de lichaamsvloeistoffen. Terrestrische dieren gebruiken deze krachtigere organen om de ammoniak te concentreren in ureum (zoogdieren) of urinezuur (vogels en sommige reptielen). Deze methoden kunnen langer worden bewaard, zonder dat er evenveel water nodig is. Het nefronsysteem dat door dieren wordt gebruikt voor de uitscheiding, is te zien in onderstaande afbeelding.
Nog andere dieren hebben anders geëvolueerde methoden van uitscheiding. Insecten, bijvoorbeeld, hebben het Malpighian-tubuli systeem ontwikkeld, dat op dezelfde wijze werkt als nefridia, maar onafhankelijk in de evolutiegeschiedenis is ontstaan. Deze reeks tubuli, die zich niet in een bloedontvangend orgaan zoals een nier bevinden, strekken zich over het gehele lichaam uit in de lichaamsvloeistof. Zij hechten zich aan de darmen, waar zij de uitscheidingsproducten deponeren. Dit proces van uitscheiding is anders dan bij zoogdieren en andere bekende dieren, maar dient dezelfde functie.
Uitscheiding bij Planten
Planten ondergaan ook het proces van uitscheiding. Eenvoudige, kleine planten scheiden afval uit over de oppervlakken van hun cellen. Grotere, vasculaire planten hebben methoden van uitscheiding ontwikkeld waarbij het blad als uitscheidingsorgaan wordt gebruikt. Bij grote vasculaire planten hebben de inwendige cellen van de plant geen toegang tot de omgeving buiten. Net als de cellen van dieren scheiden zij hun afvalstoffen af in de intracellulaire ruimten. Het afval van planten verschilt enigszins van het afval van dieren doordat zuurstof het belangrijkste gasvormige afvalproduct is. Om zich van deze zuurstof te ontdoen en vers kooldioxide aan te voeren, maken planten gebruik van een reeks openingen in de bladeren, stoma’s genoemd. Hieronder is een microscopisch klein stoma afgebeeld, in geopende toestand.
Via deze stoma’s kunnen afvalstoffen worden afgevoerd. Ook cruciaal in dit proces zijn het xyleem en het floëem, weefsels in planten die ervoor zorgen dat water, suiker en mineralen door de plant worden vervoerd. Als de stoma’s open zijn, vindt gasuitwisseling en uitscheiding plaats. De cellen van de hele plant dumpen hun afvalstoffen in het water dat naar de bladeren reist, en dat vervolgens door de stoma wordt uitgestoten.