23.8: Osmoregulation in Insects
23.8: Osmorégulation chez les insectes
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!
Les tubules malpighiens sont des structures spécialisées que l’on trouve dans les systèmes digestifs de nombreux arthropodes, y compris la plupart des insectes, qui manipulent l’excrétion et l’osmorégulation. Les tubules sont généralement disposés par paires et ont une structure alambiquée qui augmente leur surface.
Les tubules malpighiens s’étendent du tube digestif, généralement la zone entre le midgut et le hindgut, dans l’hémolymphe— un mélange de sang et de liquide interstitiel présent chez les insectes et autres arthropodes, ainsi que dans la plupart des mollusques.
Contrairement à d’autres systèmes d’excréments, les processus excrétoires des tubules malpighiens manquent d’une étape de filtration. Les déchets métaboliques, comme l’acide urique, se diffusent dans les tubules de l’hémolymphe.
Les tubules sont tapissés d’une couche d’épithélie de transport. Ces cellules épithéliales spécialisées contiennent des pompes qui transportent activement les ions, comme le sodium (Na+) et le potassium (K+), de l’hémolymphe à l’intérieur du tubule, appelé le lumen. L’osmose permet à l’eau de suivre passivement les ions dans les tubules.
Du lumen tubule, l’eau, les ions et les déchets se déplacent de l’intestin au rectum. De minuscules microvillis saillants qui tapissent l’intérieur des tubules aident à maximiser le couplage soluté-eau et la propulsion des cristaux d’acide urique à travers les tubules.
Dans le rectum, les glandes spécialisées pompent beaucoup d’ions de nouveau dans l’hémolymphe. L’osmose permet à nouveau à l’eau de suivre les ions dans l’hémolymphe passivement. Les déchets azotés restants, constitués principalement d’acide urique concentré, peuvent ensuite être excrétés du rectum sous forme de pâte ou de poudre, ainsi que des excréments. Ce système de recyclage de l’eau et des ions permet efficacement à l’animal de conserver l’eau dans des environnements de déshydratation tels que les déserts.
Le nombre de tubules malpighiens varie d’une espèce à l’autre, d’un stade de développement et même d’individus. Par exemple, les fourmis ouvrières des espèces de crématogaster lineolata et myrmicina americana ont environ 5 tubules malpighiens, tandis que les criquets pèlerins (Schistocerca gregaria) en ont environ 250!
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