Digestion
Les systèmes digestifs prennent de nombreuses formes. Il existe une distinction fondamentale entre la digestion interne et la digestion externe. La digestion externe s’est développée plus tôt dans l’histoire de l’évolution, et la plupart des champignons y ont encore recours. Dans ce processus, des enzymes sont sécrétées dans le milieu environnant l’organisme, où elles décomposent une matière organique, et une partie des produits se diffuse à nouveau dans l’organisme. Les animaux possèdent un tube (tractus gastro-intestinal) dans lequel se produit la digestion interne, qui est plus efficace car une plus grande partie des produits décomposés peut être capturée, et l’environnement chimique interne peut être contrôlé plus efficacement.
Certains organismes, dont presque toutes les araignées, sécrètent simplement des biotoxines et des produits chimiques digestifs (par exemple, des enzymes) dans l’environnement extracellulaire avant d’ingérer la « soupe » qui en résulte. Chez d’autres, une fois que les nutriments ou aliments potentiels sont à l’intérieur de l’organisme, la digestion peut être conduite vers une vésicule ou une structure de type sac, par un tube, ou par plusieurs organes spécialisés visant à rendre l’absorption des nutriments plus efficace.
Systèmes de sécrétion
Les bactéries utilisent plusieurs systèmes pour obtenir des nutriments d’autres organismes dans les environnements.
Système de transport par canal
Dans un système de transport par canal, plusieurs protéines forment un canal contigu traversant les membranes interne et externe de la bactérie. C’est un système simple, qui ne comprend que trois sous-unités protéiques : la protéine ABC, la protéine de fusion membranaire (MFP) et la protéine de membrane externe (OMP). Ce système de sécrétion transporte diverses molécules, depuis les ions, les médicaments, jusqu’aux protéines de différentes tailles (20-900 kDa). Les molécules sécrétées varient en taille du petit peptide colicine V d’Escherichia coli, (10 kDa) à la protéine d’adhésion cellulaire LapA de Pseudomonas fluorescens de 900 kDa.
Seringue moléculaire
Un système de sécrétion de type III signifie qu’une seringue moléculaire est utilisée par laquelle une bactérie (par exemple certains types de Salmonella, Shigella, Yersinia) peut injecter des nutriments dans les cellules de protistes. Un tel mécanisme a été découvert pour la première fois chez Y. pestis et a montré que les toxines pouvaient être injectées directement du cytoplasme bactérien dans le cytoplasme des cellules de son hôte plutôt que d’être simplement sécrétées dans le milieu extracellulaire.
Machine de conjugaison
La machine de conjugaison de certaines bactéries (et des flagelles d’archées) est capable de transporter à la fois de l’ADN et des protéines. Elle a été découverte chez Agrobacterium tumefaciens, qui utilise ce système pour introduire le plasmide Ti et des protéines dans l’hôte, qui développe la galle couronne (tumeur). Le complexe VirB d’Agrobacterium tumefaciens est le système prototypique.
Les Rhizobia fixateurs d’azote constituent un cas intéressant, où les éléments conjugatifs s’engagent naturellement dans une conjugaison inter-royaumes. Des éléments tels que les plasmides Ti ou Ri d’Agrobacterium contiennent des éléments qui peuvent être transférés aux cellules végétales. Les gènes transférés entrent dans le noyau de la cellule végétale et transforment effectivement les cellules végétales en usines de production d’opines, que les bactéries utilisent comme sources de carbone et d’énergie. Les cellules végétales infectées forment des galles de couronne ou des tumeurs racinaires. Les plasmides Ti et Ri sont donc des endosymbiontes des bactéries, qui sont à leur tour des endosymbiontes (ou parasites) de la plante infectée.
Les plasmides Ti et Ri sont eux-mêmes conjugatifs. Le transfert de Ti et Ri entre bactéries utilise un système indépendant (l’opéron tra, ou transfert,) de celui du transfert inter-royaumes (l’opéron vir, ou virulence,). Un tel transfert crée des souches virulentes à partir d’Agrobacteria précédemment avirulentes.
La libération de vésicules de la membrane externe
En plus de l’utilisation des complexes multiprotéiques énumérés ci-dessus, les bactéries Gram-négatives possèdent une autre méthode de libération de matériel : la formation de vésicules de la membrane externe. Des portions de la membrane externe se détachent, formant des structures sphériques constituées d’une bicouche lipidique renfermant des matériaux périplasmiques. On a découvert que les vésicules d’un certain nombre d’espèces bactériennes contiennent des facteurs de virulence, certaines ont des effets immunomodulateurs et d’autres peuvent adhérer directement aux cellules hôtes et les intoxiquer. Alors que la libération de vésicules a été démontrée comme une réponse générale aux conditions de stress, le processus de chargement des protéines cargo semble être sélectif.
Cavité gastrovasculaire
La cavité gastrovasculaire fonctionne comme un estomac à la fois dans la digestion et la distribution des nutriments à toutes les parties du corps. La digestion extracellulaire a lieu dans cette cavité centrale, qui est tapissée par le gastroderme, la couche interne de l’épithélium. Cette cavité n’a qu’une seule ouverture vers l’extérieur qui fonctionne à la fois comme une bouche et un anus : les déchets et les matières non digérées sont excrétés par la bouche/anus, ce qui peut être décrit comme un intestin incomplet.
Dans une plante comme le Venus Flytrap qui peut fabriquer sa propre nourriture par photosynthèse, il ne mange pas et ne digère pas ses proies pour les objectifs traditionnels de récolte d’énergie et de carbone, mais mine ses proies principalement pour les nutriments essentiels (azote et phosphore en particulier) qui sont en quantité insuffisante dans son habitat tourbeux et acide.
Phagosome
Un phagosome est une vacuole formée autour d’une particule absorbée par phagocytose. La vacuole est formée par la fusion de la membrane cellulaire autour de la particule. Un phagosome est un compartiment cellulaire dans lequel les micro-organismes pathogènes peuvent être tués et digérés. 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. Il est utilisé pour tuer et déchirer les proies en morceaux maniables. Le bec est très robuste, mais ne contient aucun minéral, contrairement aux dents et aux mâchoires de nombreux autres organismes, y compris des espèces marines. Le bec est la seule partie indigeste du calmar.
La langue
La langue est un muscle squelettique situé sur le plancher de la bouche de la plupart des vertébrés, qui manipule les aliments pour les mâcher (mastication) et les avaler (déglutition). Elle est sensible et maintenue humide par la salive. La face inférieure de la langue est recouverte d’une muqueuse lisse. La langue possède également un sens tactile qui lui permet de localiser et de positionner les particules alimentaires qui doivent être mâchées. La langue est utilisée pour rouler les particules alimentaires en un bolus avant d’être transportées dans l’œsophage par péristaltisme.
La région sublinguale, sous l’avant de la langue, est un endroit où la muqueuse buccale est très fine, et sous-tendue par un plexus de veines. C’est un endroit idéal pour introduire certains médicaments dans l’organisme. La voie sublinguale profite de la qualité hautement vasculaire de la cavité buccale, et permet l’application rapide de médicaments dans le système cardiovasculaire, en contournant le tractus gastro-intestinal.
Dents
Les dents (dent au singulier) sont de petites structures blanchâtres présentes dans les mâchoires (ou bouches) de nombreux vertébrés qui servent à déchirer, gratter, traire et mâcher les aliments. Les dents ne sont pas constituées d’os, mais plutôt de tissus de densité et de dureté variables, comme l’émail, la dentine et le cément. Les dents humaines sont alimentées en sang et en nerfs, ce qui permet la proprioception. Il s’agit de la capacité de sensation lors de la mastication, par exemple si nous devions mordre dans quelque chose de trop dur pour nos dents, comme une assiette ébréchée mélangée à de la nourriture, nos dents envoient un message à notre cerveau et nous réalisons que cela ne peut pas être mâché, donc nous cessons d’essayer.
Les formes, les tailles et le nombre de types de dents des animaux sont liés à leur régime alimentaire. Par exemple, les herbivores ont un certain nombre de molaires qui servent à broyer la matière végétale, difficile à digérer. Les carnivores ont des canines qui sont utilisées pour tuer et déchirer la viande.
Crop
Un jabot, ou croupe, est une partie expansée à paroi mince du tube digestif utilisée pour le stockage des aliments avant la digestion. Chez certains oiseaux, il s’agit d’une poche musculaire élargie située près du gosier ou de la gorge. Chez les colombes et les pigeons adultes, le jabot peut produire du lait de jabot pour nourrir les oiseaux nouvellement éclos.
Certains insectes peuvent avoir un jabot ou un œsophage élargi.
Abomasum
Les herbivores ont évolué vers des cæcums (ou une caillette dans le cas des ruminants). Les ruminants ont un estomac antérieur avec quatre chambres. Ce sont le rumen, le réticulum, la caillette et la caillette. Dans les deux premières chambres, le rumen et le réticulum, la nourriture est mélangée à la salive et se sépare en couches de matières solides et liquides. Les matières solides s’agglutinent pour former la carie (ou bolus). La bouse est ensuite régurgitée, mâchée lentement pour la mélanger complètement avec la salive et pour décomposer la taille des particules.
Les fibres, notamment la cellulose et l’hémicellulose, sont principalement décomposées en acides gras volatils, en acide acétique, en acide propionique et en acide butyrique dans ces chambres (le réticulo-rumen) par des microbes : (bactéries, protozoaires et champignons). Dans l’omasum, l’eau et de nombreux éléments minéraux inorganiques sont absorbés dans la circulation sanguine.
La caillette est le quatrième et dernier compartiment de l’estomac des ruminants. C’est un équivalent proche de l’estomac des monogastriques (par exemple, ceux des humains ou des porcs), et les digesta y sont traités à peu près de la même manière. Il sert principalement de site pour l’hydrolyse acide des protéines microbiennes et alimentaires, préparant ces sources de protéines pour une digestion et une absorption ultérieures dans l’intestin grêle. Les digesta sont finalement déplacés dans l’intestin grêle, où se produisent la digestion et l’absorption des nutriments. Les microbes produits dans le réticulo-rumen sont également digérés dans l’intestin grêle.
Comportements spécialisés
La régurgitation a été mentionnée plus haut sous caillette et jabot, en référence au lait de jabot, une sécrétion de la muqueuse du jabot des pigeons et des colombes avec laquelle les parents nourrissent leurs petits par régurgitation.
De nombreux requins ont la capacité de retourner leur estomac et de le rejeter par la bouche afin de se débarrasser du contenu indésirable (peut-être développé comme un moyen de réduire l’exposition aux toxines).
D’autres animaux, comme les lapins et les rongeurs, pratiquent des comportements de coprophagie – manger des matières fécales spécialisées afin de redigérer la nourriture, en particulier dans le cas de fourrage grossier. Les capybara, les lapins, les hamsters et d’autres espèces apparentées ne disposent pas d’un système digestif complexe comme le font, par exemple, les ruminants. Au lieu de cela, ils extraient davantage de nutriments de l’herbe en faisant passer leur nourriture une seconde fois dans l’intestin. Des boulettes fécales molles de nourriture partiellement digérée sont excrétées et généralement consommées immédiatement. Ils produisent également des excréments normaux, qui ne sont pas consommés.
Les jeunes éléphants, pandas, koalas et hippopotames mangent les excréments de leur mère, probablement pour obtenir les bactéries nécessaires à la bonne digestion des végétaux. Lorsqu’ils naissent, leurs intestins ne contiennent pas ces bactéries (ils sont complètement stériles). Sans elles, ils seraient incapables de tirer une quelconque valeur nutritionnelle de nombreux composants végétaux.
Dans les vers de terre
Le système digestif d’un ver de terre se compose d’une bouche, d’un pharynx, d’un œsophage, d’un jabot, d’un gésier et d’un intestin. La bouche est entourée de fortes lèvres, qui agissent comme une main pour saisir des morceaux d’herbe morte, de feuilles et de mauvaises herbes, avec des morceaux de terre pour aider à la mastication. Les lèvres décomposent la nourriture en petits morceaux. Dans le pharynx, la nourriture est lubrifiée par les sécrétions de mucus pour faciliter le passage. L’œsophage ajoute du carbonate de calcium pour neutraliser les acides formés par la décomposition des matières alimentaires. Un stockage temporaire a lieu dans le jabot où les aliments et le carbonate de calcium sont mélangés. Les puissants muscles du gésier barattent et mélangent la masse de nourriture et de saleté. Lorsque le barattage est terminé, les glandes situées dans les parois du gésier ajoutent des enzymes à la pâte épaisse, ce qui contribue à la décomposition chimique de la matière organique. Grâce au péristaltisme, le mélange est envoyé dans l’intestin où des bactéries amies poursuivent la décomposition chimique. Cela libère les glucides, les protéines, les graisses et diverses vitamines et minéraux pour qu’ils soient absorbés par l’organisme.