BIO 101 ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗ ΖΩΟΛΟΓΙΑ

Transcript

1 BIO 101 ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗ ΖΩΟΛΟΓΙΑ ΙΑΛΕΞΗ 5. ΟΜΟΙΟΣΤΑΣΗ Ι ΑΣΚΩΝ Μιχάλης Παυλίδης Ηράκλειο, Νοέμβριος

2 ΟΜΟΙΟΣΤΑΣΗ Ισοζύγιο νερού και ωσμωρύθμιση Ρύθμιση των εξωκυττάριων υγρών (απέκκριση) Ρύθμιση των αζωτούχων παραπροϊόντων του μεταβολισμού Ρύθμιση της Θερμοκρασίας 2

3 ΔΙΑΜΕΡΙΣΜΑΤΑ ΤΩΝ ΥΓΡΩΝ ΤΟΥ ΣΩΜΑΤΟΣ Συνολική ποσότητα νερού στο σώμα ενός ενηλίκου ανθρώπου βάρους 70 Kg = 40 L (~ 57%) Ενδοκυττάριο διαμέρισμα (το υγρό που βρίσκεται μέσα στα ~ 75 εκμ. κύτταρα) = 25 L Εξωκυττάριο διαμέρισμα (το υγρό που βρίσκεται έξω από τα κύτταρα διάμεσο υγρό, πλάσμα, εγκεφαλο- νωτιαίο υγρό, ενδοφθάλμιο υγρό, υγρά του γαστρεντερικού σωλήνα) = 15 L 3

4 ΙΣΟΖΥΓΙΟ ΝΕΡΟΥ & ΩΣΜΩΡΥΘΜΙΣΗ Εισροές Η2Ο Τροφή Πόση Οξειδωτικός μεταβολισμός Εκροές Η2Ο Απέκκριση Εξάτμιση / Ώσμωση ΧΕΡΣΟΣ ΥΔΑΤΙΝΟ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ 4

5 Ωσμωτική Ρύθμιση - Ορισμοί Αν δύο διαλύματα διαφορετικής συγκέντρωσης διαχωρίζονται από μία ημιπερατή μεμβράνη, η οποία επιτρέπει την είσοδο των μικρότερων μορίων του διαλύτη (solvent) αλλά όχι και των μεγαλύτερων μορίων της διαλυόμενης ουσίας (solute), τότε ο διαλύτης (π.χ. το νερό) κινείται από το αραιότερο προς το πυκνότερο διάλυμα. Αυτή η διαδικασία (ώσμωση) θα σταματήσει όταν τα δυο διαλύματα φτάσουν σε ίση συγκέντρωση 5

6 Ωσμωτική Ρύθμιση Ορισμοί (συν.) Υπερωσμωτικοί = σωματικά υγρά υπέρτονα ως προς το εξωτερικό περιβάλλον Είσοδος νερού Υποωσμωτικοί = σωματικά υγρά υποτονικά ως προς το εξωτερικό περιβάλλον Έξοδος νερού 6

7 Ωσμωτική ρύθμιση Ορισμοί (συν.) Ωσμωσυμμορφωτές (Osmotic conformers) = απουσία ενεργητικών μηχανισμών ωσμωρύθμισης Ισοτονικοί ως προς το περιβάλλον Πολλοί θαλάσσιοι οργανισμοί Ωσμωρυθμιστές (Osmotic regulators) = ικανότητα ωσμωρύθμισης Ενεργητική διατήρηση της ωσμωτικής διαβάθμισης Πολλοί θαλάσσιοι οργανισμοί, όλοι οι οργανισμοί των γλυκών νερών & οι χερσαίοι 7

8 Ωσμωτική ρύθμιση Ορισμοί (συν.) Στενόαλα = δεν αντέχουν μεγάλες διαφορές αλατότητας Ευρύαλα = επιβιώνουν σε νερά με σημαντικές διακυμάνσεις αλατότητας 8

9 Διατήρηση του Ισοζυγίου Νερού σε Θαλάσσιο Περιβάλλον Ωσμωσυμμορφωτές Τα περισσότερα ασπόνδυλα & οι μυξίνοι Na+ Cl- K+ Mg2+ Ca2+ SO42- Total Θ. νερό ,3 50 9, Μυξίνοι ,2 12 5,

10 Χονδριχθύες Κατακρατούν ουρία στα σωματικά υγρά Παράγουν και κατακρατούν trimethylamine oxide (TMAO) στο αίμα εν πίνουν νερό, εκκρίνουν άλατα από τους εδρικούς αδένες ούρα από τα νεφρά Na+ Cl- K+ Mg2+ Ca2+ SO42- Θ. νερό ,3 50 9,6 26 Sc* ,0 3,0 5 0,5 *Scyliorhinus canicula Ουρία TMAO Total

11 Θαλάσσιοι οστειχθύες Yποωσμωτικοί Na+ Cl- K+ Mg2+ Ca2+ SO42- Total ,3 50 9, Τελεόστεοι ,1 2,5 2,8 2,7 452 Θ. νερό 11

12 Ωσμωρύθμιση Απώλειες νερού λόγω ώσμωσης Πίνουν θαλασσινό νερό Αυξάνεται η συγκέντρωση των αλάτων στο έντερο 12

13 Εκλεκτική έκκριση μονοσθενών ιόντων από τα βράγχια (χλωροκύτταρα ή mitochondria reach cells) Απέκκριση μικρής ποσότητας ούρων 13

14 Γλυκoύ Νερού Οστειχθύες Υπερωσμωτικοί Na+ Γ. νερό Τελεόστεοι Cl- K+ Mg2 Ca2 + + SO42-0,25 0,23 0,005 0,04 0,07 0, , ,9 2,1 Total

15 Ωσμωρύθμιση Είσοδος νερού λόγω ώσμωσης Συνεχής απώλεια διαλυτών από το σώμα στο περιβάλλον διαμέσου των βραγχίων & των νεφρών 15

16 Πόση ελάχιστου νερού Απέκκριση μεγάλης ποσότητας πολύ αραιωμένων ούρων Ενεργητική μεταφορά ιόντων Na+ & Cl- από το περιβάλλον μέσω του επιθηλίου των βραγχίων 16

17 Διατήρηση του Ισοζυγίου Νερού στη Χέρσο Πρόβλημα αφυδάτωσης Ο άνθρωπος πεθαίνει αν χάσει το 12% του νερού του σώματός του Ηθολογικές προσαρμογές Πόση νερού Αξιοποίηση της υγρασίας της τροφής Αξιοποίηση μεταβολικού νερού ιατήρηση νερού μέσω της νεφρικής λειτουργίας 17

18 Άνθρωπος vs. Kangaroo rat Άνθρωπος (%) Αρουραίος (%) Πόση 48 0 Ελεύθερο νερό στην τροφή Μεταβολικό νερό Ούρα Εξάτμιση (πνεύμονες & δέρμα) Κόπρανα 6 5 ΕΙΣΡΟΕΣ ΕΚΡΟΕΣ 18

19 Αλατογόνοι αδένες Σημαντικό συμπληρωματικό όργανο απέκκρισης αλάτων στα θαλάσσια πτηνά, σαύρες & χελώνες Albatross Εδράζονται πάνω από τον οφθαλμό Το διάλυμα άλατος εξέρχεται από τους ρώθωνες (πτηνά) ή υπό τη μορφή δακρύων (θαλάσσιες σαύρες & χελώνες) Leatherback turtle 19

20 ΩΣΜΩΡΥΘΜΙΣΗ & ΑΠΕΚΚΡΙΤΙΚΕΣ ΔΟΜΕΣ ΣΤΑ ΑΣΠΟΝΔΥΛΑ Σφυγμώδες κενοτόπιο (contractile vacuole) Πρωτονεφρίδιo ή σύστημα των φλογοκυττάρων (protonephridium ή flame cells) Μετανεφρίδιo (metanephridium) Κεραιικοί αδένες (Antennal glands) Μαλπιγγιανά σωληνάρια (Malpighian tubules) Ισχιακοί αδένες (coxal glands) 20

21 1. Σφυγμώδες Κενοτόπιο Πρωτόζωα & σπόγγοι γλυκών νερών Είναι όργανο που εξασφαλίζει το ισοζύγιο του νερού Τα αζωτούχα απόβλητα του μεταβολισμού εκκρίνονται απευθείας στο νερό με διάχυση Σφυγμώδες κενοτόπιο 21

22 2. Πρωτονεφρίδιο Πλατυέλμινθες & μερικά ψευδοκοιλωματικά Απλή δομή, σχεδιασμένη για ωσμωρύθμιση & απέκκριση Κλειστό σύστημα εν έχουν κυκλοφορικό που να στέλνει τα άχρηστα υλικά σε ένα κεντρικό απεκκριτικό σύστημα Αζωτούχα απόβλητα (κυρίως ΝΗ3): με διάχυση από την επιφάνεια του σώματος (απεκκριτικούς πόρους) 22

23 Απεκκριτικοί πόροι Συλλεκτικός σωληνίσκος Φλογοκύτταρο Πυρήνας Απεκκριτικός πόρος Κίνηση υγρών Μαστίγια ύο έντονα διακλαδισμένα συστήματα αγωγών που κατανέμονται σε όλο το σώμα Οι σωληνίσκοι είναι κλειστοί στο ένα άκρο 23

24 Πρωτονεφρίδιο: Λειτουργία 1. Το υγρό εισέρχεται στο σύστημα διαμέσου των φλογοκυττάρων & 2. Κινείται αργά μέσα στους συλλεκτικούς σωληνίσκους και προς τα κάτω, μέσω της ρυθμικής κίνησης του θυσάνου των μαστιγίων 3. Το επιθήλιο των σωληναρίων επαναπορροφά μεταβολίτες & άλλα χρήσιμα υλικά 4. Τα άχρηστα υλικά απεκκρίνονται διαμέσου των πόρων που ανοίγουν κατά διαστήματα στην επιφάνεια του σώματος 24

25 3. Μετανεφρίδιο ακτυλιοσκώληκες, μαλάκια Ανοικτό ή «αληθινό» νεφρίδιο Κάθε μεταμερές έχει δύο ζεύγη μετανεφριδίων Το μετανεφρίδιο περιβάλλεται από ένα δίκτυο αιμοφόρων αγγείων που βοηθά στην ανάκτηση του νερού & των χρήσιμων υλικών από το υγρό του σωληνίσκου 25

26 Μετανεφρίδιο Τριχοειδή Κύστη Ούρα Νεφρό- Νεφρικός στομα σωληνίσκος Σπλαχνικό Νεφριδιοπόροι υγρό Ο σωληνίσκος είναι ανοικτός και στα δύο άκρα (νεφρόστομα, νεφριδιοπόρος) 26

27 4. Κεραιικοί ή Πράσινοι Αδένες Καρκινοειδή Κεραιικοί αδένες Εδράζονται στο κοιλιακό μέρος της κεφαλής Ουροδόχος Κύστη Σωληνάριο2 Απουσία ανοικτών νεφροστομάτων 1Σχηματίζεται ένα διήθημα του αίματος 2Επιλεκτική επαναπορρόφηση & ενεργή έκκριση αλάτων Απεκκριτικός αγωγός (οπή) Λαβύρινθος Ακραίος σάκος1 27

28 5. Ισχιακοί Αδένες Υδρόβια αρθρόποδα, καρκινοειδή, αράχνες Ομόλογη δομή με κεραιικούς αδένες Όργανο απέκκρισης & έκκρισης φερομονών 28

29 6. Μαλπιγγιανά Σωληνάρια Έντομα & αράχνες Λειτουργούν σε συνδυασμό με εξειδικευμένους αδένες του τοιχώματος του ορθού Μαλπιγγιανά σωληνάρια 29

30 Είναι λεπτά, ελαστικά & τυφλά σωληνάρια που στερούνται αρτηριακής παροχής Βρίσκονται στην ένωση του μεσέντερου με το οπισθέντερο 30

31 Μαλπιγγιανά Σωληνάρια: Λειτουργία Αιμολέμφος Αιμολέμφος 31