Digestión
Los sistemas digestivos tienen muchas formas. Hay una distinción fundamental entre la digestión interna y la externa. La digestión externa se desarrolló en una etapa anterior de la historia evolutiva, y la mayoría de los hongos todavía dependen de ella. En este proceso, las enzimas se secretan en el entorno que rodea al organismo, donde descomponen un material orgánico, y algunos de los productos se difunden de vuelta al organismo. Los animales tienen un tubo (tracto gastrointestinal) en el que se produce la digestión interna, que es más eficiente porque se pueden capturar más productos descompuestos, y el entorno químico interno puede controlarse más eficientemente.
Algunos organismos, entre los que se encuentran casi todas las arañas, simplemente segregan biotoxinas y productos químicos digestivos (por ejemplo, enzimas) en el entorno extracelular antes de la ingestión de la consiguiente «sopa». En otros, una vez que los posibles nutrientes o alimentos están dentro del organismo, la digestión puede ser conducida a una vesícula o a una estructura en forma de saco, a través de un tubo, o a través de varios órganos especializados destinados a hacer más eficiente la absorción de nutrientes.
Sistemas de secreción
Las bacterias utilizan varios sistemas para obtener nutrientes de otros organismos del entorno.
Sistema de transporte por canales
En un sistema de transporte por canales, varias proteínas forman un canal contiguo que atraviesa las membranas interna y externa de la bacteria. Se trata de un sistema sencillo, que consta de sólo tres subunidades proteicas: la proteína ABC, la proteína de fusión de membrana (MFP) y la proteína de membrana externa (OMP). Este sistema de secreción transporta diversas moléculas, desde iones, fármacos, hasta proteínas de diversos tamaños (20-900 kDa). Las moléculas secretadas varían en tamaño desde el pequeño péptido colicina V de Escherichia coli, (10 kDa) hasta la proteína de adhesión celular LapA de Pseudomonas fluorescens de 900 kDa.
Jeringa molecular
Un sistema de secreción de tipo III significa que se utiliza una jeringa molecular a través de la cual una bacteria (por ejemplo, ciertos tipos de Salmonella, Shigella, Yersinia) puede inyectar nutrientes en las células protistas. Uno de estos mecanismos se descubrió por primera vez en Y. pestis y demostró que las toxinas podían inyectarse directamente desde el citoplasma bacteriano en el citoplasma de las células de su huésped en lugar de ser simplemente secretadas en el medio extracelular.
Maquinaria de conjugación
La maquinaria de conjugación de algunas bacterias (y flagelos de arqueas) es capaz de transportar tanto ADN como proteínas. Se descubrió en Agrobacterium tumefaciens, que utiliza este sistema para introducir el plásmido Ti y las proteínas en el huésped, que desarrolla la hiel de la corona (tumor). El complejo VirB de Agrobacterium tumefaciens es el sistema prototípico.
Los rizobios fijadores de nitrógeno son un caso interesante, en el que los elementos conjugadores participan de forma natural en la conjugación entre reinos. Elementos como los plásmidos Ti o Ri de Agrobacterium contienen elementos que pueden transferirse a las células vegetales. Los genes transferidos entran en el núcleo de la célula vegetal y transforman efectivamente las células vegetales en fábricas para la producción de opinas, que las bacterias utilizan como fuentes de carbono y energía. Las células vegetales infectadas forman tumores de la corona o de la raíz. Los plásmidos Ti y Ri son, por tanto, endosimbiontes de las bacterias, que a su vez son endosimbiontes (o parásitos) de la planta infectada.
Los plásmidos Ti y Ri son a su vez conjugadores. La transferencia de Ti y Ri entre bacterias utiliza un sistema independiente (el operón tra, o de transferencia) del de transferencia entre reinos (el operón vir, o de virulencia). Dicha transferencia crea cepas virulentas a partir de Agrobacterias previamente avirulentas.
Liberación de vesículas de la membrana externa
Además del uso de los complejos multiproteicos mencionados anteriormente, las bacterias Gram negativas poseen otro método de liberación de material: la formación de vesículas de la membrana externa. Porciones de la membrana externa se desprenden, formando estructuras esféricas hechas de una bicapa lipídica que encierra materiales periplásmicos. Se ha descubierto que las vesículas de varias especies bacterianas contienen factores de virulencia, algunas tienen efectos inmunomoduladores y otras pueden adherirse directamente a las células del huésped e intoxicarlas. Aunque se ha demostrado que la liberación de vesículas es una respuesta general a las condiciones de estrés, el proceso de carga de proteínas parece ser selectivo.
La cavidad gastrovascular funciona como un estómago tanto en la digestión como en la distribución de nutrientes a todas las partes del cuerpo. La digestión extracelular tiene lugar dentro de esta cavidad central, que está revestida por la gastrodermis, la capa interna del epitelio. Esta cavidad tiene una sola abertura hacia el exterior que funciona como boca y como ano: los residuos y la materia no digerida se excretan a través de la boca/ano, lo que puede describirse como un intestino incompleto.
En una planta como la Venus atrapamoscas que puede fabricar su propio alimento mediante la fotosíntesis, no come y digiere sus presas para los objetivos tradicionales de cosechar energía y carbono, sino que mina las presas principalmente para obtener nutrientes esenciales (nitrógeno y fósforo en particular) que escasean en su hábitat cenagoso y ácido.
Fagosoma
Un fagosoma es una vacuola formada alrededor de una partícula absorbida por fagocitosis. La vacuola se forma por la fusión de la membrana celular alrededor de la partícula. Un fagosoma es un compartimento celular en el que los microorganismos patógenos pueden ser eliminados y digeridos. Phagosomes fuse with lysosomes in their maturation process, forming phagolysosomes. In humans, Entamoeba histolytica can phagocytose red blood cells.
Specialised organs and behaviours
To aid in the digestion of their food, animals evolved organs such as beaks, tongues, radulae, teeth, crops, gizzards, and others.
Beaks
Birds have bony beaks that are specialised according to the bird’s ecological niche. For example, macaws primarily eat seeds, nuts, and fruit, using their beaks to open even the toughest seed. First they scratch a thin line with the sharp point of the beak, then they shear the seed open with the sides of the beak.
The mouth of the squid is equipped with a sharp horny beak mainly made of cross-linked proteins. Se utiliza para matar y desgarrar a las presas en trozos manejables. El pico es muy robusto, pero no contiene ningún mineral, a diferencia de los dientes y las mandíbulas de muchos otros organismos, incluidas las especies marinas. El pico es la única parte no digerible del calamar.
Lengua
La lengua es un músculo esquelético situado en el suelo de la boca de la mayoría de los vertebrados, que manipula los alimentos para masticarlos (masticación) y tragarlos (deglución). Es sensible y se mantiene húmeda gracias a la saliva. La parte inferior de la lengua está cubierta por una membrana mucosa suave. La lengua también tiene un sentido del tacto para localizar y colocar las partículas de alimentos que requieren una mayor masticación. La lengua se utiliza para hacer rodar las partículas de alimentos en un bolo antes de ser transportado por el esófago a través de la peristalsis.
La región sublingual debajo de la parte delantera de la lengua es un lugar donde la mucosa oral es muy delgada, y subyacente por un plexo de venas. Se trata de un lugar ideal para introducir ciertos medicamentos en el organismo. La vía sublingual aprovecha la calidad altamente vascular de la cavidad oral, y permite la rápida aplicación de la medicación en el sistema cardiovascular, evitando el tracto gastrointestinal.
Dientes
Los dientes (diente en singular) son pequeñas estructuras blanquecinas que se encuentran en las mandíbulas (o bocas) de muchos vertebrados y que sirven para desgarrar, raspar, ordeñar y masticar los alimentos. Los dientes no están hechos de hueso, sino de tejidos de diferente densidad y dureza, como el esmalte, la dentina y el cemento. Los dientes humanos tienen un suministro de sangre y nervios que permite la propiocepción. Esta es la capacidad de sensación al masticar, por ejemplo, si mordiéramos algo demasiado duro para nuestros dientes, como un plato astillado mezclado con comida, nuestros dientes envían un mensaje a nuestro cerebro y nos damos cuenta de que no se puede masticar, por lo que dejamos de intentarlo.
Las formas, tamaños y números de los tipos de dientes de los animales están relacionados con sus dietas. Por ejemplo, los herbívoros tienen una serie de molares que se utilizan para triturar la materia vegetal, que es difícil de digerir. Los carnívoros tienen dientes caninos que se utilizan para matar y desgarrar la carne.
Crop
Un buche, o crup, es una porción expandida de paredes finas del tracto alimentario que se utiliza para el almacenamiento de alimentos antes de la digestión. En algunas aves es una bolsa muscular expandida cerca del gaznate o la garganta. En las palomas adultas, el buche puede producir leche de buche para alimentar a las aves recién nacidas.
Ciertos insectos pueden tener un buche o esófago ampliado.
Los herbívoros han evolucionado los ciegos (o un abomaso en el caso de los rumiantes). Los rumiantes tienen un estómago anterior con cuatro cámaras. Estas son el rumen, el retículo, el omaso y el abomaso. En las dos primeras cámaras, el rumen y el retículo, el alimento se mezcla con la saliva y se separa en capas de material sólido y líquido. Los sólidos se agrupan para formar el bolo alimenticio. El bolo alimenticio es entonces regurgitado, masticado lentamente para mezclarlo completamente con la saliva y para descomponer el tamaño de las partículas.
La fibra, especialmente la celulosa y la hemicelulosa, se descompone principalmente en los ácidos grasos volátiles, el ácido acético, el ácido propiónico y el ácido butírico en estas cámaras (el retículo-rumen) por los microbios: (bacterias, protozoos y hongos). En el omaso, el agua y muchos de los elementos minerales inorgánicos se absorben en el torrente sanguíneo.
El abomaso es el cuarto y último compartimento del estómago en los rumiantes. Es un equivalente cercano a un estómago monogástrico (por ejemplo, los de los seres humanos o los cerdos), y la digestión se procesa aquí de manera muy similar. Sirve principalmente como un sitio para la hidrólisis ácida de la proteína microbiana y dietética, preparando estas fuentes de proteína para su posterior digestión y absorción en el intestino delgado. La digesta se traslada finalmente al intestino delgado, donde se produce la digestión y absorción de los nutrientes. Los microbios producidos en el reticulo-rumen también son digeridos en el intestino delgado.
Comportamientos especializados
La regurgitación ha sido mencionada anteriormente bajo abomaso y buche, refiriéndose a la leche de buche, una secreción del revestimiento del buche de las palomas y las palomas con la que los padres alimentan a sus crías por regurgitación.
Muchos tiburones tienen la capacidad de dar la vuelta a su estómago y sacarlo de la boca para deshacerse de los contenidos no deseados (tal vez desarrollado como una forma de reducir la exposición a las toxinas).
Otros animales, como los conejos y los roedores, practican comportamientos de coprofagia, es decir, comen heces especializadas para volver a digerir los alimentos, sobre todo en el caso de los forrajes. Los carpinchos, los conejos, los hámsteres y otras especies afines no tienen un sistema digestivo complejo como, por ejemplo, los rumiantes. En su lugar, extraen más nutrientes de la hierba dando a su comida un segundo paso por el intestino. Excretan bolitas fecales blandas de alimentos parcialmente digeridos que suelen consumir inmediatamente. También producen excrementos normales, que no se comen.
Los elefantes jóvenes, los pandas, los koalas y los hipopótamos comen las heces de su madre, probablemente para obtener las bacterias necesarias para digerir correctamente la vegetación. Cuando nacen, sus intestinos no contienen estas bacterias (son completamente estériles). Sin ellas, no podrían obtener ningún valor nutritivo de muchos componentes vegetales.
En las lombrices de tierra
El sistema digestivo de una lombriz consta de boca, faringe, esófago, buche, molleja e intestino. La boca está rodeada de fuertes labios, que actúan como una mano para agarrar trozos de hierba muerta, hojas y maleza, con trozos de tierra para ayudar a masticar. Los labios descomponen el alimento en trozos más pequeños. En la faringe, el alimento se lubrica con secreciones mucosas para facilitar su paso. El esófago añade carbonato de calcio para neutralizar los ácidos formados por la descomposición de la materia alimenticia. El almacenamiento temporal se produce en el buche, donde se mezclan los alimentos y el carbonato cálcico. Los potentes músculos de la molleja revuelven y mezclan la masa de alimento y suciedad. Cuando se completa el batido, las glándulas de las paredes de la molleja añaden enzimas a la pasta espesa, lo que ayuda a descomponer químicamente la materia orgánica. Mediante el peristaltismo, la mezcla se envía al intestino, donde las bacterias amigas continúan la descomposición química. Esto libera carbohidratos, proteínas, grasas y varias vitaminas y minerales para su absorción en el cuerpo.