Digestia

Sistemele digestive au multe forme. Există o distincție fundamentală între digestia internă și cea externă. Digestia externă s-a dezvoltat mai devreme în istoria evoluției, iar majoritatea ciupercilor încă se bazează pe ea. În acest proces, enzimele sunt secretate în mediul care înconjoară organismul, unde descompun un material organic, iar o parte din produse difuzează înapoi în organism. Animalele au un tub (tractul gastrointestinal) în care are loc digestia internă, care este mai eficientă, deoarece pot fi capturate mai multe produse descompuse, iar mediul chimic intern poate fi controlat mai eficient.

Câteva organisme, inclusiv aproape toți păianjenii, secretă pur și simplu biotoxine și substanțe chimice digestive (de exemplu, enzime) în mediul extracelular înainte de ingerarea „supei” rezultate. La altele, odată ce nutrienții sau alimentele potențiale se află în interiorul organismului, digestia poate fi condusă către o veziculă sau o structură asemănătoare unui sac, printr-un tub, sau prin mai multe organe specializate menite să eficientizeze absorbția nutrienților.

Desenul schematic al conjugării bacteriene. 1- Celula donatoare produce pilus. 2- Pilus se atașează de celula receptoare, aducând cele două celule împreună. 3- Plasmidul mobil este crestat și un singur fir de ADN este transferat la celula receptoare. 4- Ambele celule își recirculă plasmidele, sintetizează al doilea lanț și reproduc pili; ambele celule sunt acum donatoare viabile.

Sisteme de secreție

Bacteriile folosesc mai multe sisteme pentru a obține nutrienți de la alte organisme din mediul înconjurător.

Sistemul de transport prin canale

Într-un sistem de transportare prin canale, mai multe proteine formează un canal contiguu care traversează membranele interne și externe ale bacteriei. Este un sistem simplu, care constă în doar trei subunități proteice: proteina ABC, proteina de fuziune a membranei (MFP) și proteina membranei externe (OMP). Acest sistem de secreție transportă diverse molecule, de la ioni, medicamente, până la proteine de diferite dimensiuni (20-900 kDa). Moleculele secretate variază ca mărime de la mica peptidă colicină V din Escherichia coli, (10 kDa) până la proteina de adeziune celulară LapA din Pseudomonas fluorescens, de 900 kDa.

Seringă moleculară

Un sistem de secreție de tip III înseamnă că se folosește o seringă moleculară prin care o bacterie (de exemplu, anumite tipuri de Salmonella, Shigella, Yersinia) poate injecta nutrienți în celulele protiste. Un astfel de mecanism a fost descoperit pentru prima dată la Y. pestis și a arătat că toxinele pot fi injectate direct din citoplasma bacteriană în citoplasma celulelor gazdei sale, mai degrabă decât să fie pur și simplu secretate în mediul extracelular.

Mecanism de conjugare

Mecanismul de conjugare al unor bacterii (și al flagelului arheal) este capabil să transporte atât ADN, cât și proteine. Ea a fost descoperită la Agrobacterium tumefaciens, care folosește acest sistem pentru a introduce plasmidul Ti și proteinele în gazdă, care dezvoltă coroana biliară (tumoră). Complexul VirB de la Agrobacterium tumefaciens este sistemul prototipic.

Rhizobia fixatoare de azot reprezintă un caz interesant, în care elementele conjugative se angajează în mod natural în conjugarea interkingdom. Astfel de elemente precum plasmidele Agrobacterium Ti sau Ri conțin elemente care se pot transfera în celulele plantelor. Genele transferate intră în nucleul celulei vegetale și transformă efectiv celulele vegetale în fabrici pentru producerea de opine, pe care bacteriile le folosesc ca surse de carbon și energie. Celulele vegetale infectate formează tumori ale coroanei biliare sau ale rădăcinilor. Plasmidele Ti și Ri sunt astfel endosimbionți ai bacteriei, care la rândul lor sunt endosimbionți (sau paraziți) ai plantei infectate.

Plasmidele Ti și Ri sunt ele însele conjugative. Transferul Ti și Ri între bacterii utilizează un sistem independent (operonul tra, sau de transfer) față de cel pentru transferul inter-kingdom (operonul vir, sau de virulență). Un astfel de transfer creează tulpini virulente din Agrobacterii anterior avirulente.

Liberarea veziculelor din membrana externă

Pe lângă utilizarea complexelor multiproteice enumerate mai sus, bacteriile Gram-negative posedă o altă metodă de eliberare a materialului: formarea de vezicule din membrana externă. Porțiuni ale membranei externe se desprind, formând structuri sferice alcătuite dintr-un bistrat lipidic care înconjoară materiale periplasmatice. S-a constatat că veziculele de la o serie de specii bacteriene conțin factori de virulență, unele au efecte imunomodulatoare, iar altele pot adera direct la celulele gazdă și le pot intoxica. În timp ce eliberarea veziculelor a fost demonstrată ca un răspuns general la condițiile de stres, procesul de încărcare a proteinelor de sarcină pare a fi selectiv.

Frunză de Venus Flytrap (Dionaea muscipula)

Cavitatea gastrovasculară

Cavitatea gastrovasculară funcționează ca un stomac atât în digestie, cât și în distribuția substanțelor nutritive către toate părțile corpului. Digestia extracelulară are loc în această cavitate centrală, care este căptușită cu gastroderma, stratul intern al epiteliului. Această cavitate are o singură deschidere spre exterior, care funcționează atât ca o gură, cât și ca un anus: deșeurile și materiile nedigerate sunt excretate prin gură/anus, ceea ce poate fi descris ca un intestin incomplet.

La o plantă precum Venus Flytrap care își poate produce propria hrană prin fotosinteză, aceasta nu își mănâncă și digeră prada pentru obiectivele tradiționale de recoltare a energiei și a carbonului, ci exploatează prada în primul rând pentru nutrienți esențiali (azot și fosfor în special) care sunt în deficit în habitatul său mlăștinos și acid.

Trophozoiți de Entamoeba histolytica cu eritrocite ingerate

Fagosom

Un fagosom este un vacuol format în jurul unei particule absorbite prin fagocitoză. Vacuola este formată prin fuziunea membranei celulare în jurul particulei. Un fagosom este un compartiment celular în care microorganismele patogene pot fi ucise și digerate. 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.

A Catalina Macaw’s seed-shearing beak

Squid beak with ruler for size comparison

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. Acesta este folosit pentru a ucide și sfâșia prada în bucăți ușor de manevrat. Ciocul este foarte robust, dar nu conține minerale, spre deosebire de dinții și fălcile multor alte organisme, inclusiv ale speciilor marine. Ciocul este singura parte nedigerabilă a calmarului.

Limbă

Articolul principal: Limba

Lunga este mușchiul scheletic de pe podeaua gurii la majoritatea vertebratelor, care manipulează alimentele pentru mestecare (masticație) și înghițire (deglutiție). Ea este sensibilă și este menținută umedă de salivă. Partea inferioară a limbii este acoperită de o membrană mucoasă netedă. Limba are, de asemenea, un simț tactil pentru a localiza și poziționa particulele de alimente care necesită o mestecare ulterioară. Limba este utilizată pentru a rostogoli particulele de alimente într-un bolus înainte de a fi transportate în esofag prin peristaltism.

Regiunea sublinguală de sub partea anterioară a limbii este o locație în care mucoasa bucală este foarte subțire și este acoperită de un plex de vene. Aceasta este o locație ideală pentru introducerea anumitor medicamente în organism. Calea sublinguală profită de calitatea foarte vascularizată a cavității bucale și permite aplicarea rapidă a medicamentelor în sistemul cardiovascular, ocolind tractul gastrointestinal.

Dinți

Articolul principal: Dinții

Dinții (singular dinte) sunt structuri mici și albicioase care se găsesc în maxilarele (sau gurile) multor vertebrate și care sunt folosite pentru a rupe, răzui, mulge și mesteca alimentele. Dinții nu sunt făcuți din os, ci mai degrabă din țesuturi de densitate și duritate variabilă, cum ar fi smalțul, dentina și cementul. Dinții umani au o alimentare cu sânge și nervi care permite propriocepția. Aceasta este abilitatea de a avea senzații atunci când mestecăm, de exemplu, dacă ar fi să mușcăm ceva prea tare pentru dinții noștri, cum ar fi o farfurie ciobită amestecată cu mâncare, dinții noștri trimit un mesaj creierului nostru și ne dăm seama că nu poate fi mestecată, așa că nu mai încercăm.

Formele, dimensiunile și numărul tipurilor de dinți ai animalelor sunt legate de regimul lor alimentar. De exemplu, erbivorele au un număr de molari care sunt folosiți pentru a măcina materia vegetală, care este greu de digerat. Carnivorele au dinți canini care sunt folosiți pentru a ucide și a sfâșia carnea.

Crop

Un crop, sau crup, este o porțiune extinsă cu pereți subțiri a tractului alimentar folosită pentru stocarea alimentelor înainte de digestie. La unele păsări este o pungă musculară expandată, aflată în apropierea gâtului sau a gâtului. La porumbeii și porumbeii adulți, crop-ul poate produce lapte de crop pentru a hrăni păsările abia ieșite din ouă.

Certe insecte pot avea un crop sau un esofag mărit.

Ilustrație aproximativă a sistemului digestiv al unei rumegătoare

Abomasum

Articol principal: Sistemul digestiv al rumegătoarelor

Herbivorele au evoluat cecum (sau un abomasum în cazul rumegătoarelor). Rumegătoarele au un stomac anterior cu patru camere. Acestea sunt rumenul, reticulul, omasul și abomasul. În primele două camere, rumenul și reticulul, alimentele sunt amestecate cu salivă și se separă în straturi de materie solidă și lichidă. Materiile solide se aglomerează împreună pentru a forma „cud” (sau bolus). Cubd-ul este apoi regurgitat, mestecat încet pentru a se amesteca complet cu saliva și pentru a descompune dimensiunea particulelor.

Fibrele, în special celuloza și hemiceluloza, sunt în principal descompuse în acizi grași volatili, acid acetic, acid propionic și acid butiric în aceste camere (reticulul-rumen) de către microbi: (bacterii, protozoare și ciuperci). În omasum, apa și multe dintre elementele minerale anorganice sunt absorbite în fluxul sanguin.

Abomasum este al patrulea și ultimul compartiment al stomacului la rumegătoare. Este un echivalent apropiat al stomacului monogastric (de exemplu, cel al oamenilor sau al porcilor), iar digesta este procesată aici în aproximativ același mod. Acesta servește în primul rând ca loc de hidroliză acidă a proteinelor microbiene și alimentare, pregătind aceste surse de proteine pentru digestia și absorbția ulterioară în intestinul subțire. Digesta este în cele din urmă mutat în intestinul subțire, unde are loc digestia și absorbția substanțelor nutritive. Microbii produși în reticulo-rumen sunt, de asemenea, digerați în intestinul subțire.

O muscă de carne „suflă o bulă”, probabil pentru a-și concentra hrana prin evaporarea apei

Comportamente specializate

Regurgitarea a fost menționată mai sus la rubrica abomasum și recoltă, referindu-se la laptele de recoltă, o secreție din mucoasa recoltei porumbeilor și porumbeilor cu care părinții își hrănesc puii prin regurgitare.

Mulți rechini au capacitatea de a-și întoarce stomacul pe dos și de a-l răsuci din gură pentru a scăpa de conținutul nedorit (poate dezvoltat ca o modalitate de a reduce expunerea la toxine).

Alte animale, cum ar fi iepurii și rozătoarele, practică comportamente de coprofagie – consumul de fecale specializate pentru a redigera hrana, în special în cazul furajelor grosiere. Capibara, iepurii, hamsterii și alte specii înrudite nu au un sistem digestiv complex, așa cum au, de exemplu, rumegătoarele. În schimb, ei extrag mai multe substanțe nutritive din iarbă dându-le alimentelor o a doua trecere prin intestin. Sunt excretate pelete fecale moi de hrană parțial digerată și, în general, sunt consumate imediat. Ei produc, de asemenea, excremente normale, care nu sunt consumate.

Elefanții tineri, panda, koala și hipopotamii mănâncă fecalele mamei lor, probabil pentru a obține bacteriile necesare pentru a digera corect vegetația. Când se nasc, intestinele lor nu conțin aceste bacterii (sunt complet sterile). Fără ele, ar fi incapabili să obțină vreo valoare nutritivă din multe componente vegetale.

La râme

Sistemul digestiv al unei râme este format din gură, faringe, esofag, gușă, pipotă și intestin. Gura este înconjurată de buze puternice, care acționează ca o mână pentru a apuca bucăți de iarbă moartă, frunze și buruieni, cu bucăți de pământ pentru a ajuta la mestecat. Buzele desfac mâncarea în bucăți mai mici. În faringe, alimentele sunt lubrifiate de secreții de mucus pentru a facilita trecerea. Esofagul adaugă carbonat de calciu pentru a neutraliza acizii formați de descompunerea materiei alimentare. Stocarea temporară are loc în gușă, unde alimentele și carbonatul de calciu sunt amestecate. Mușchii puternici ai gușa se agită și amestecă masa de hrană și murdărie. După ce amestecarea este completă, glandele din pereții burdufului adaugă enzime în pasta groasă, care ajută la descompunerea chimică a materiei organice. Prin peristaltism, amestecul este trimis în intestin, unde bacteriile prietenoase continuă descompunerea chimică. Astfel, se eliberează carbohidrați, proteine, grăsimi și diverse vitamine și minerale pentru a fi absorbite în organism.

.