L' ESCREZIONE

Tutti gli animali sono coinvolti con il problema del mantenimento di una omeostasi interna, un ambiente chimico interno costante nel quale i loro enzimi siano in grado di operare efficientemente.

La maggior pare degli organismi acquatici presentano una minima osmoregolazione in quanto gli oceani, dove gli enzimi si sono evoluti, rappresentano già un ambiente favorevole; altri organismi marini riescono a mantenere i loro liquidi interni a concentrazioni ioniche differenti da quelle dell' acqua circostante e devono regolare attivamente gli ioni. Anche gli animali dulciacquicoli devono adottare attive strategie al fine di mantenere il proprio bilancio osmotico.

Un metodo per evitare di confrontarsi con il bilancio osmotico è rappresentato da membrane impermeabili che ricoprono il corpo. Molti animali acquatici si comportano in questo modo ma una tale protezione è necessariamente incompleta in quanto altri processi coinvolgono i contatti intimi tra un corpo permeabile all' acqua ed i liquidi circostanti. Inoltre, tali processi richiedono ampie superfici onde soddisfare sufficientemente le richieste corporee.

Questi processi sono la respirazione, l' assorbimento del cibo e l' escrezione azotata. La respirazione è richiesta da tutti gli animali acquatici; le piante non ingeriscono cibo e non presentano prodotti di escrezione azotati in quanto posseggono le istruzioni chimiche necessarie per incorporare azoto negli aminoacidi.

ESCREZIONE AZOTATA

L' eliminazione di sostanze azotate viene comunemente definita "escrezione". Tra queste l' ammoniaca è fortemente tossica e molto solubile in acqua. Se un organismo ha una sufficiente riserva di acqua, l' ammoniaca può essere facilmente escreta in acqua. E' questo il caso della maggior parte degli animali acquatici, soprattutto di quelli presenti in acque dolci. In ogni caso l' ammoniaca deve essere disciolta velocemente a causa della sua elevata tossicità.

Gli organismi con poca disponibilità di acqua, quali gli animali terrestri, convertono l' ammoniaca in urea, che è meno tossica e richiede una minora quantità di acqua per essere escreta. Per tale motivo in molti casi essa può accumularsi nel sangue e molti organismi hanno organi specializzati per rimuovere l' urea ed altri prodotti di escrezione dal sangue.

L' acido urico è ancora meno tossico dell' urea, e precipita in soluzione. Esso si è evoluto in due gruppi con grossi problemi di escrezione: gli invertebrati terrestri ed i vertebrati ovipari.

Per quanto riguarda l' eliminazioni dei composti azotati gli animali possono distinguersi in tre categorie:

ammoniotelici

uricotelici

ureotelici

Nei pesci l' ammoniaca viene eliminata come tale (animali ammoniotelici); negli uccelli, insetti e rettili viene trasformata ed eliminata come acido urico (animali uricotelici); nei vertebrati terrestri viene trasformata ed eliminata come urea (animali ureotelici).

REGOLAZIONE OSMOTICA

Il sale più abbondante negli oceani è l' NaCl, la cui misura è espressa come numero di grammi di sale disciolto in 1000 grammi di acqua marina. Le acque marine presentano una salinità cariabile che si avvicina a 35gr/Kg.

Nelle acque marine gli ioni dominanti sono Cl- (19.353 gr/kg), Na+ (10.76 gr/kg), SO4-2 (2.712 gr/kg), Mg+2 (1.294 gr/kg), Ca+2 (0.413 gr/kg), K+ (0.387 gr/kg), HCO3- (0.142 gr/kg), Br- (0.067 gr/kg), and Sr+2 (0.008 gr/kg); altri ioni sono presenti in tracce. Le acque dolci contengono ioni simili ma la loro quantità è molto variabile e dipendente dalle stagioni, dalla piovosità, dal tipo di substrato, etc.

Dal punto di vista della salinità, soluzioni molto salate vengono definite ipertoniche (o iperosmotiche), al contrario soluzioni poco salate ipotoniche (o ipoosmotiche). Se due soluzioni presentano la stessa salinità si definiscono isoosmotiche. Pertanto l' osmoticità è una semplice comparazione di salinità tra due soluzioni.

Gli animali hanno di conseguenza livelli interni omotici che possono differire da quelli dell' ambiente esterno; a tale riguardi si hanno tre possibilità e cioè che essi siano iperosmotici, ipoosmotici o isoosmotici con l' ambiente esterno.

Negli ambienti marini gli organismi tendono ad essere isotonici rispetto all' acqua marina; in questo caso essi non devono regolare i livelli ionici e vengono definiti osmoconfomisti. Questi sono generalmente presenti in ambienti con ristrette variazioni di salinità e vengono anche definiti stenoalini. Le principali eccezioni alla suddetta regola sono rappresentate dai tetrapodi marini e dagli squali, che possono mantenere un ambiente interno ipertonico rispetto all' aqua marina.

I vertebrati tetrapodi terrestri hanno un sangue ipotonico rispetto all' acqua marina: essi respirano direttamnte dall' artmosfera e, pertanto, non presentano superfici respiratorie a diretto contatto con acqua marina e così riducono l' area sulla quale potrebbe verificarsi la perdita di acqua.

Animali dulciacquicoli, e molti animali estuarini, sono ipertonici rispetto all' acqua circostante e, pertanto, presentano un flusso di acqua dall' ambiente esterno (ipotonico) verso l' interno. Essi possono potenzialmente perdere ioni imortanti e, quindi, la maggior parte di essi è ricoperta per quanto possibile da un rivestimento impermeabile, e lasvciano il compito dello scambio idrico solo a poche, piccole cellule. Queste cellule mantengono il bilancio idrico, mentre tutte le altre sono immerse in un liquido isotonico.

La vita, secondo le più accreditate ipotesi, si sarebbe originata negli oceani ed i primi organismi viventi dovevano essere necessariamente isotonici, stenoalini e osmoconformistil. Gli artropodi terrestri, inclusi gli insetti, probabilmente presero origine da artropodi marini che avrebbero sviluppato speciali adattamenti per poter conservare l' acqua. Successivamente alcuni di essi (insetti) connqustarono le acque dolci interne.

I vertebrati terrestri si originarono senza dubbi da pesci che avevano invaso le acque dolci. Questi pesci di acqua dolce svilupparono fluidi interni più diluiti di quelli oceanici, al fine di minimizzare la loro pressione osmotica e proprio da essi presero origine i primi vertebrati terrestri, gli anfibi.

La specializzazione dei vertebrati alla vita in ambiente terrestre richiede una notevole attitudine a vivere in assenza di acqua ed è per tal motivo che molti gruppi (tartarughe marine, coccodrilli, uccelli e mammiferi) ritornarono secondariamente all' ambiente marino. Il fallimento di questi gruppi alla transizione in ambiente terrestre è molto interessante. Crostacei, molluschi, echinodermi ed altri gruppi marini, infatti, fallirono ogni tentativo di invadere le terre emerse ed i pochi gruppi che vi riuscirono sono oggi limitati agli ambienti umidi, a causa del mancato sviluppo di efficienti strutture respiratorie terrestri.

SISTEMI ESCRETORI

Gli organismi unicellulari usano vescicole di espulsione dell'acqua (vacuoli contrattili).

Un sistema protonefridiale caratterizza i primi organismi pluricellulari. Il sistema è costituito da un sistema di tubuli cavi, detti protonefridi, che collegano i reparti interni dell'animale con l'esterno. Il sistema è munito di particolari cellule ciliate, dette cellule a fiamma, le quali, mediante vibrazioni delle ciglia, creano una corrente di risucchio che aspira i liquidi e le sostanze di rifiuto dagli spazi intercellulari e li convoglia attraverso i protonefridi all'esterno, tramite particolari pori di uscita, detti nefridiopori.

L'apparato protonefridiale è tipico degli organismi acelomati (Platelminti, Gnatostomulidi e Nemertini) e pseudocelomati (ad esempio i Rotiferi) ma lo si trova anche nelle larve dei molluschi e in alcuni cordati invertebrati.

I metanefridi, detti anche deutonefridi, sono tipiche strutture escretrici di animali con cavità interna ben strutturata con una propria parete di delimitazione (pseudocelomati, celomati).

I tubuli malpighiani costituiscono una struttura peculiare degli insetti; i crostacei presentano speciali ghiandole antennali deputate all' escrezione.

Nei mammiferi il sistema escretore (rene) drena i liquidi direttamente dal sangue.