41.3: Sistemas de Excreción

Habilidades para Desarrollar

• Explicar cómo funcionan las vacuolas, presentes en los microorganismos, para excretar desechos
• Describir la forma en que las células de llama y los nefridios en gusanos realizan funciones excretoras y mantienen el equilibrio osmótico
• Explicar cómo los insectos utilizan los túbulos de Malpighian para excretar desechos y mantener el equilibrio osmótico

Los microorganismos e invertebrados utilizan mecanismos más primitivos y simples para deshacerse de sus desechos metabólicos que el sistema mamífero de función renal y urinaria. Tres sistemas excretores evolucionaron en organismos antes de riñones complejos: vacuolas, células de llama y túbulos malpighianos.

Vacuolas contráctiles en Microorganismos

La característica más fundamental de la vida es la presencia de una célula. En otras palabras, una célula es la unidad funcional más simple de una vida. Las bacterias son organismos unicelulares, procariotas que tienen algunos de los procesos de vida menos complejos en su lugar; sin embargo, los procariotas como las bacterias no contienen vacuolas unidas a la membrana. Las células de microorganismos como bacterias, protozoos y hongos están unidas por membranas celulares y las utilizan para interactuar con el ambiente. Algunas células, incluyendo algunos leucocitos en humanos, son capaces de engullir los alimentos por endocitosis, la formación de vesículas por involución de la membrana celular dentro de las células. Las mismas vesículas son capaces de interactuar e intercambiar metabolitos con el ambiente intracelular. En algunos organismos eucariotas unicelulares como la ameba, que se muestra en la Figura\(\PageIndex{1}\), los desechos celulares y el exceso de agua son excretados por exocitosis, cuando las vacuolas contráctiles se funden con la membrana celular y expulsan los desechos al ambiente. Las vacuolas contráctiles (CV) no deben confundirse con las vacuolas, que almacenan alimentos o agua.

Figura\(\PageIndex{1}\): Algunos organismos unicelulares, como la ameba, ingieren alimentos por endocitosis. La vesícula alimenticia se fusiona con un lisosoma, que digiere el alimento. Los desechos se excretan por exocitosis.

Células de Llama de Planaria y Nefridia de Gusanos

A medida que los sistemas multicelulares evolucionaron para tener sistemas de órganos que dividían las necesidades metabólicas del cuerpo, los órganos individuales evolucionaron para realizar la función excretora. Las planarias son gusanos planos que viven en agua dulce. Su sistema excretor consiste en dos túbulos conectados a un sistema de conductos altamente ramificado. Las células en los túbulos se llaman células de llama (o protonefridios) porque tienen un cúmulo de cilios que parece\(\PageIndex{2}\) una llama parpadeante cuando se ve bajo el microscopio, como se ilustra en la Figura a. a través de poros excretores que se abren en la superficie corporal; los cilios también extraen agua del líquido intersticial, permitiendo la filtración. Cualquier metabolito valioso se recupera por reabsorción. Las células de llama se encuentran en los gusanos planos, incluidas las tenias parasitarias y las planarias de vida libre. También mantienen el equilibrio osmótico del organismo.

Figura\(\PageIndex{2}\): En el sistema excretor de la (a) planaria, los cilios de las células de llama impulsan los desechos a través de un túbulo formado por una celda tubular. Los túbulos están conectados en estructuras ramificadas que conducen a poros ubicados a lo largo de los lados del cuerpo. El filtrado se secreta a través de estos poros. En (b) los anélidos como las lombrices de tierra, los nefridios filtran el líquido del celoma o la cavidad corporal. Los cilios golpeados en la abertura del nefridio extraen agua del celoma hacia un túbulo. A medida que el filtrado pasa por los túbulos, los nutrientes y otros solutos son reabsorbidos por los capilares. El líquido filtrado que contiene nitrógeno y otros desechos se almacena en una vejiga y luego se secreta a través de un poro en el costado del cuerpo.

Las lombrices de tierra (anélidos) tienen estructuras excretoras ligeramente más evolucionadas llamadas nefridios, ilustradas en la Figura\(\PageIndex{2}\) b. Un par de nefridios está presente en cada segmento de la lombriz. Son similares a las células de llama en que tienen un túbulo con cilios. La excreción ocurre a través de un poro llamado nefridioporo. Están más evolucionadas que las células de llama en que cuentan con un sistema de reabsorción tubular por una red capilar antes de la excreción.

Túbulos Malpighianos de Insectos

Se encuentran túbulos malpighianos que recubren el intestino de algunas especies de artrópodos, como la abeja ilustrada en la Figura\(\PageIndex{3}\). Por lo general, se encuentran en parejas y el número de túbulos varía según la especie de insecto. Los túbulos malpighianos son enrevesados, lo que aumenta su área superficial, y están revestidos con microvellosidades para reabsorción y mantenimiento del equilibrio osmótico. Los túbulos malpighianos trabajan cooperativamente con glándulas especializadas en la pared del recto. Los fluidos corporales no se filtran como en el caso de la nefridia; la orina es producida por mecanismos de secreción tubular por las células que recubren los túbulos malpighianos que se bañan en hemolinfa (una mezcla de sangre y líquido intersticial que se encuentra en insectos y otros artrópodos así como en la mayoría de los moluscos). Los desechos metabólicos como el ácido úrico se difunden libremente en los túbulos. Hay bombas de intercambio que recubren los túbulos, que transportan activamente iones H ⁺ a la célula y los iones K ⁺ o Na ⁺ hacia afuera; el agua sigue pasivamente para formar orina. La secreción de iones altera la presión osmótica que atrae agua, electrolitos y desechos nitrogenados (ácido úrico) hacia los túbulos. El agua y los electrolitos se reabsorben cuando estos organismos se enfrentan a ambientes bajos en agua, y el ácido úrico se excreta como una pasta espesa o polvo. No disolver los desechos en el agua ayuda a estos organismos a conservar el agua; esto es especialmente importante para la vida en ambientes secos.

Figura\(\PageIndex{3}\): Los túbulos malpighianos de insectos y otros artrópodos terrestres eliminan desechos nitrogenados y otros solutos de la hemolinfa. Los iones Na ⁺ y/o K ⁺ se transportan activamente al lumen de los túbulos. Luego, el agua ingresa a los túbulos por ósmosis, formando orina. La orina pasa a través del intestino, y hacia el recto. Allí, los nutrientes se difunden de nuevo a la hemolinfa. Los iones Na ⁺ y/o K ⁺ se bombean en la hemolinfa, y el agua sigue. Luego se excreta el residuo concentrado.

Enlace al aprendizaje

Visita este sitio para ver una cucaracha disecada, incluyendo una mirada en primer plano a sus túbulos malpighianos.

Resumen

Muchos sistemas han evolucionado para excretar desechos que son más simples que los sistemas renales y urinarios de los animales vertebrados. El sistema más simple es el de vacuolas contráctiles presentes en microorganismos. Las células de llama y nefridios en gusanos realizan funciones excretoras y mantienen el equilibrio osmótico. Algunos insectos han evolucionado túbulos malpighianos para excretar desechos y mantener el equilibrio osmótico.

Glosario

celda de llama

(también, protonefridia) célula excretora que se encuentra en gusanos planos

Túbulo malpighiano

túbulos excretores encontrados en artrópodos

microvellosidades

procesos celulares que aumentan la superficie de las células

nefridia

estructuras excretoras encontradas en anélidos

nefridioporo

poro encontrado al final de la nefridia