Back to chapter

23.6:

בקרה אוסמוטית בחרקים

JoVE Core
Biology
A subscription to JoVE is required to view this content.  Sign in or start your free trial.
JoVE Core Biology
Osmoregulation in Insects

Languages

Share

חרקים מאכלסים כל יבשת על כדור הארץ ונמצאים כמעט בכל בית גידול, אפילו בקור של אנטארקטיקה. מבין ההסתגלויות הרבות הנחוצות כדי לשרוד בבתי גידול כה מגוונים, חרקים לרוב חייבים להיות עמידים בפני התייבשות. אוסמורגולציה היא אחת מההסתגלויות הרבות המספקות עמידות בפני סביבות יבשות.היא מאפשרת לחרקים לשמר רמות מים מספיקות למניעת התייבשות, ובדומה לציפורים, להפריש פסולת דביקה או מוצקה. דרכי העיכול של מרבית החרקים כוללות צינורות מלפיגי המשתרעים מהמעי אל תוך ההמולימפה, המקבילה לדם בחרקים. תוצרי פסולת, כגון חומצת שתן, עוברים מההמולימפה אל תוך צינורות מלפיגי.הצינורות מרופדים בתאים אשר מכילים משאבות לחילוף מולקולרי הקולטות יונים, כגון נתרן ואשלגן, ומעבירות אותם אל תוך הצינורות. עלייה בריכוז היונים גורמת למים לעקוב באופן פסיבי אחר יונים לתוך הצינורות על ידי אוסמוזה. מהחלל הפנימי של הצינור, המכונה לומן, הפסולת, המים והיונים עוברים אל החלחולת.כאן, מרבית היונים מועברים בחזרה אל ההמולימפה. בגלל האוסמוזה, מים עוקבים שוב באופן פסיבי אחרי היונים בחזרה אל ההמולימפה, שבה ניתן לגשת אליהם בתקופות בצורת. חומצת השתן ופסולת אחרת מופרשות לאחר מכן מהגוף כאבקה או כפסולת.האוסמורגולציה בחרקים, לפיכך, מאפשרת להם להפריש בבטחה פסולת תוך שמירה על רמות מים גבוהות ככל האפשר.

23.6:

בקרה אוסמוטית בחרקים

Malpighian tubules are specialized structures found in the digestive systems of many arthropods, including most insects, that handle excretion and osmoregulation. The tubules are typically arranged in pairs and have a convoluted structure that increases their surface area.

Malpighian tubules extend from the digestive tract, typically the area between the midgut and hindgut, into the hemolymph—a mixture of blood and interstitial fluid found in insects and other arthropods, as well as most mollusks.

Unlike other excretory systems, the excretory processes of Malpighian tubules lack a filtration step. Metabolic wastes, like uric acid, diffuse into the tubules from the hemolymph.

The tubules are lined with a layer of transport epithelia. These specialized epithelial cells contain pumps that actively transport ions, like sodium (Na+) and potassium (K+), from the hemolymph into the interior of the tubule, called the lumen. Osmosis allows water to follow ions into the tubules passively.

From the tubule lumen, water, ions, and waste travel from the intestine to the rectum. Tiny, protruding microvilli lining the inside of the tubules help maximize solute-water coupling and the propulsion of uric acid crystals through the tubules.

In the rectum, specialized glands pump many of the ions back into the hemolymph. Osmosis again allows water to follow ions back into the hemolymph passively. The remaining nitrogenous waste, consisting mainly of concentrated uric acid, can then be excreted from the rectum as a paste or powder, along with feces. This system of recycling water and ions effectively allows the animal to conserve water in dehydrating environments such as deserts.

The number of Malpighian tubules varies across species, developmental stages, and even individuals. For example, worker ants of the Crematogaster lineolata and Myrmicina americana species have about 5 Malpighian tubules, while desert locusts (Schistocerca gregaria) have about 250!

Suggested Reading

Igarashi, Peter. 2005. “Overview: Nonmammalian Organisms for Studies of Kidney Development and Disease.” Journal of the American Society of Nephrology 16 (2): 296–98. [Source]

Odonnell, M. J. 2009. “Too Much of a Good Thing: How Insects Cope with Excess Ions or Toxins in the Diet.” Journal of Experimental Biology 212 (3): 363–72. [Source]

Piermarini, Peter, Carlos Esquivel, and Jerod Denton. 2017. “Malpighian Tubules as Novel Targets for Mosquito Control.” International Journal of Environmental Research and Public Health 14 (2): 111. [Source]