So sánh tiêu hóa cơ học và tiêu hóa hóa học

Hệ tiêu hóa có nhiều hình thức. Có sự khác biệt cơ bản giữa tiêu hóa nội bào và ngoại bào. Tiêu hóa ngoại bào phát triển trước trong lịch sử tiến hóa, và hầu hết các loại nấm vẫn dựa vào cách tiêu hóa này.[2] Theo cách tiêu hóa ngoại bào, các enzyme được tiết ra môi trường xung quanh sinh vật, tại đó phá vỡ chất hữu cơ, và một số các sản phẩm khuếch tán trở lại sinh vật. Động vật có một ống riêng [đường tiêu hóa] trong đó tiêu hóa nội bào diễn ra. Hình thức tiêu hóa này hiệu quả hơn bởi vì nhiều sản phẩm được chia nhỏ có thể được tiêu hóa hơn, và môi trường hóa học bên trong có thể được kiểm soát hiệu quả hơn.[3]

Một số sinh vật, bao gồm gần như tất cả các loài nhện, chỉ đơn giản tiết biotoxins và hóa chất tiêu hóa [enzyme] vào môi trường ngoại bào trước khi ăn món súp "canh" kết quả của việc tiêu hóa trên. Trong những động vật khác, khi các chất dinh dưỡng hoặc thực phẩm đi vào bên trong cơ thể sinh vật, các chất dịch tiêu hóa có thể được tiết ra vào túi tiết dịch hoặc một cấu trúc khác thông qua một đường ống, hoặc thông qua một số cơ quan chuyên trách nhằm làm cho sự hấp thu các chất dinh dưỡng được hiệu quả hơn.

Hệ thống tiết dịchSửa đổi

Vi khuẩn sử dụng một số hệ thống để lấy chất dinh dưỡng từ các sinh vật khác trong môi trường.

Hệ thống giao thông kênhSửa đổi

Trong một hệ thống hỗ trợ kênh, một số protein tạo thành một kênh liền kề đi qua màng trong và màng ngoài của vi khuẩn. Nó là một hệ thống đơn giản, chỉ bao gồm ba tiểu đơn vị protein: protein ABC, protein dung hợp màng [MFP] và protein màng ngoài [OMP]. Hệ thống bài tiết này vận chuyển các phân tử khác nhau, từ ion, thuốc, đến protein có kích thước khác nhau [20–900 kDa]. Các phân tử được tiết ra có kích thước khác nhau, từ peptide colicin V nhỏ của Escherichia coli, [10 kDa] đến protein kết dính tế bào Pseudomonas fluorescens LapA là 900 kDa.[4]

Ống tiêm phân tửSửa đổi

Hệ thống tiết dịch loại III có nghĩa là một ống tiêm phân tử được sử dụng để qua đó vi khuẩn [ví dụ như một số loại Salmonella, Shigella, Yersinia] có thể đưa chất dinh dưỡng vào tế bào protist. Một cơ chế như vậy lần đầu tiên được phát hiện ở Y. pestis và cho thấy rằng chất độc có thể được tiêm trực tiếp từ tế bào chất của vi khuẩn vào tế bào chất của tế bào vật chủ của nó chứ không chỉ đơn giản là được tiết ra môi trường ngoại bào.[5]

Cơ chế liên hợpSửa đổi

Cơ chế liên hợp của một số vi khuẩn [và trùng roi cổ] có khả năng vận chuyển cả DNA và protein. Nó được phát hiện ở Agrobacterium tumefaciens, sử dụng hệ thống này để đưa Ti plasmid và protein vào vật chủ, chúng phát triển thành túi mật [khối u].[6] Phức hợp VirB của vi khuẩn Agrobacterium tumefaciens là hệ thống nguyên mẫu.[7]

Rhizobia cố định nitơ là một trường hợp thú vị, trong đó các nguyên tố liên hợp tham gia vào quá trình liên hợp giữa các vương quốc một cách tự nhiên. Các nguyên tố như plasmid Agrobacterium Ti hoặc Ri chứa các nguyên tố có thể chuyển vào tế bào thực vật. Các gen được chuyển đi vào nhân tế bào thực vật và biến đổi một cách hiệu quả các tế bào thực vật thành các nhà máy để sản xuất opine mà vi khuẩn sử dụng làm nguồn cacbon và năng lượng. Các tế bào thực vật bị nhiễm bệnh tạo thành các u ở rễ. Do đó, các plasmid Ti và Ri là những vật ký sinh của vi khuẩn, đến lượt chúng lại là ký sinh trùng [hoặc ký sinh trùng] của cây bị nhiễm bệnh.

Bản thân plasmid Ti và Ri có tính chất liên hợp. Sự chuyển giao Ti và Ri giữa các vi khuẩn sử dụng một hệ thống độc lập [tra, hoặc chuyển, operon] từ hệ thống đó để chuyển giao giữa các giới [vir, hoặc độc lực, operon]. Sự chuyển giao như vậy tạo ra các chủng độc lực từ các vi khuẩn Agrobacteria có độc lực trước đó.

Giải phóng các túi màng ngoàiSửa đổi

Ngoài việc sử dụng các phức hợp đa protein được liệt kê ở trên, vi khuẩn Gram âm có một phương pháp khác để giải phóng vật chất: sự hình thành các túi màng ngoài.[8][9] Các phần của màng ngoài bị chụm lại, tạo thành các cấu trúc hình cầu làm bằng lớp kép lipid bao quanh các vật liệu ngoại sinh. Mụn nước của một số loài vi khuẩn được phát hiện có chứa các yếu tố độc lực, một số có tác dụng điều hòa miễn dịch, và một số có thể bám trực tiếp và gây nhiễm độc tế bào vật chủ. Trong khi việc giải phóng các mụn nước đã được chứng minh là một phản ứng chung đối với các điều kiện căng thẳng, quá trình tải các protein hàng hóa dường như có chọn lọc.[10]

Khoang dạ dàySửa đổi

Khoang dạ dày có chức năng như dạ dày trong việc tiêu hóa và phân phối các chất dinh dưỡng đến tất cả các bộ phận của cơ thể. Quá trình tiêu hóa ngoại bào diễn ra trong khoang trung tâm này, được lót bởi dạ dày ruột, lớp bên trong của biểu mô. Khoang này chỉ có một lỗ thông ra bên ngoài, có chức năng vừa là miệng vừa là hậu môn: chất thải và chất không tiêu hóa được thải ra ngoài qua miệng / hậu môn, có thể được mô tả như một đường ruột chưa hoàn chỉnh.

Ở một loài thực vật như Venus Flytrap có thể tự tạo thức ăn thông qua quá trình quang hợp, nó không ăn và tiêu hóa con mồi cho các mục tiêu truyền thống là thu năng lượng và carbon, mà kiếm mồi chủ yếu cho các chất dinh dưỡng thiết yếu [đặc biệt là nitơ và phosphor] mà bị thiếu hụt nguồn cung trong môi trường sống nhiều axit, lầy lội của nó.[11]

Thực bàoSửa đổi

Thực bào là một không bào được hình thành xung quanh một hạt được hấp thụ bởi quá trình thực bào. Không bào được hình thành do sự hợp nhất của màng tế bào xung quanh hạt. Thực bào là một ngăn tế bào, trong đó vi sinh vật gây bệnh có thể bị tiêu diệt và tiêu hóa. Phagosomes hợp nhất với lysosome trong quá trình trưởng thành của chúng, tạo thành phagolysosome. Ở người, Entamoeba histolytica có thể thực bào hồng cầu.[12]

Các cơ quan và hành vi chuyên biệtSửa đổi

Để hỗ trợ quá trình tiêu hóa thức ăn của chúng, động vật đã tiến hóa các cơ quan như mỏ, lưỡi, răng, mề, và những cơ quan khác.

MỏSửa đổi

Chim có mỏ xương chuyên hóa theo ngách sinh thái của chim. Ví dụ, vẹt đuôi dài chủ yếu ăn hạt, quả hạch và trái cây, sử dụng chiếc mỏ ấn tượng của chúng để mở ngay cả những hạt cứng nhất. Đầu tiên chúng cào một đường mỏng bằng đầu nhọn của mỏ, sau đó chúng cắt hạt mở bằng hai bên mỏ.

Miệng của mực được trang bị một chiếc mỏ nhọn như sừng chủ yếu được làm từ các protein liên kết chéo. Nó được sử dụng để giết và xé con mồi thành những mảnh có thể kiểm soát được. Mỏ rất khỏe, nhưng không chứa bất kỳ khoáng chất nào, không giống như răng và hàm của nhiều sinh vật khác, kể cả các loài sinh vật biển.[13] Mỏ là bộ phận khó tiêu duy nhất của mực.

LưỡiSửa đổi

Lưỡi là cơ xương trên sàn miệng của hầu hết các động vật có xương sống, có nhiệm vụ điều khiển thức ăn để nhai [nhai] và nuốt [khử]. Nó nhạy cảm và được giữ ẩm bởi nước bọt. Mặt dưới của lưỡi được bao phủ bởi một màng nhầy trơn. Lưỡi cũng có xúc giác để định vị và định vị các mảnh thức ăn cần nhai thêm. Lưỡi được sử dụng để cuộn các mảnh thức ăn thành một hình sợi nhỏ trước khi được vận chuyển xuống thực quản thông qua nhu động.

Vùng dưới lưỡi bên dưới mặt trước của lưỡi là vị trí mà niêm mạc miệng rất mỏng và được bao bọc bởi một đám rối tĩnh mạch. Đây là vị trí lý tưởng để đưa một số loại thuốc vào cơ thể. Đường dưới lưỡi tận dụng chất lượng mạch máu cao của khoang miệng, và cho phép đưa thuốc vào hệ thống tim mạch một cách nhanh chóng, bỏ qua đường tiêu hóa.

RăngSửa đổi

Răng là cấu trúc nhỏ màu trắng được tìm thấy trong hàm [hoặc miệng] của nhiều loài động vật có xương sống dùng để xé, cạo, vắt sữa và nhai thức ăn. Răng không được cấu tạo từ xương, mà là các mô có mật độ và độ cứng khác nhau, chẳng hạn như men răng, nhựa thông và xi măng. Răng của con người có nguồn cung cấp máu và dây thần kinh cho phép thụ thai. Đây là khả năng cảm nhận khi nhai, chẳng hạn nếu chúng ta cắn vào một thứ gì đó quá cứng đối với răng, chẳng hạn như một đĩa thức ăn bị mẻ, răng của chúng ta sẽ gửi một thông điệp đến não của chúng ta và chúng ta nhận ra rằng nó không thể nhai được, vì vậy chúng ta ngừng cố gắng.

Hình dạng, kích thước và số lượng các loại răng của động vật có liên quan đến chế độ ăn của chúng. Ví dụ, động vật ăn cỏ có một số răng hàm được sử dụng để nghiền thực vật khó tiêu hóa. Động vật ăn thịt có răng nanh dùng để giết mồi và xé thịt.

DiềuSửa đổi

Diều là một phần mở rộng có thành mỏng của đường tiêu hóa được sử dụng để lưu trữ thực phẩm trước khi tiêu hóa. Ở một số loài chim, nó là một túi cơ bắp, mở rộng gần miệng hoặc cổ họng. Ở chim bồ câu trưởng thành có thể sản xuất sữa diều để nuôi chim non mới nở.[14]

Manh tràngSửa đổi

Động vật ăn cỏ đã tiến hóa manh tràng [hoặc dạ múi khế trong trường hợp động vật nhai lại]. Động vật nhai lại có bụng trước với bốn ngăn. Đây là dạ cỏ, dạ tổ ong, dạ lá sách và dạ múi khế. Trong hai khoang đầu tiên, dạ cỏ và dạ tổ ong, thức ăn được trộn với nước bọt và phân tách thành các lớp vật chất rắn và lỏng. Chất rắn dính lại với nhau để tạo thành cục thức ăn lớn. Các cục thức ăn lớn sau đó được làm mềm chảy ra, nhai từ từ để trộn hoàn toàn với nước bọt và phá vỡ kích thước hạt.

Chất xơ, đặc biệt là xenluloza và hemi-xenluloza, chủ yếu được phân hủy thành các axit béo dễ bay hơi, axit axetic, axit propionic và axit butyric trong các khoang này [màng lưới] bởi các vi sinh vật: [vi khuẩn, động vật nguyên sinh và nấm]. Trong dạ lá sách, nước và nhiều nguyên tố khoáng vô cơ được hấp thụ vào máu.

Dạ múi khế là ngăn dạ dày thứ tư và cuối cùng ở động vật nhai lại. Nó gần tương đương với dạ dày đơn [ví dụ như ở người hoặc lợn], và dạ dày tiêu hóa được xử lý ở đây theo cùng một cách. Nó phục vụ chủ yếu như một nơi để thủy phân axit của protein vi sinh vật và chế độ ăn uống, chuẩn bị các nguồn protein này để tiếp tục tiêu hóa và hấp thụ trong ruột non. Chất tiêu hóa cuối cùng được chuyển đến ruột non, nơi diễn ra quá trình tiêu hóa và hấp thụ chất dinh dưỡng. Các vi sinh vật sinh ra trong dạ cỏ cũng được tiêu hóa ở ruột non.

Hành vi chuyên biệtSửa đổi

Hành vi ợ đã được đề cập ở trên trong dạ túi khế và diều, đề cập đến sữa diều, một chất tiết ra từ lớp lót của diều của chim bồ câu mà chim bố mẹ nuôi con bằng cách ợ ra ngoài.[15]

Nhiều loài cá mập có khả năng lộn dạ dày từ trong ra ngoài và đưa nó ra khỏi miệng để loại bỏ những thứ không mong muốn [có lẽ được phát triển như một cách để giảm tiếp xúc với chất độc].

Các động vật khác, chẳng hạn như thỏ và động vật gặm nhấm, thực hành hành vi ăn phân - hành vi ăn phân chuyên biệt để tiêu hóa lại thức ăn, đặc biệt là trong trường hợp thức ăn thô. Capybara, thỏ, chuột đồng và các loài có liên quan khác không có hệ tiêu hóa phức tạp như động vật nhai lại. Thay vào đó, chúng hút nhiều dinh dưỡng hơn từ cỏ bằng cách cho thức ăn của chúng đi qua đường ruột lần thứ hai. Phân mềm của thức ăn đã tiêu hóa một phần được thải ra ngoài và thường được tiêu thụ ngay lập tức. Chúng cũng tạo ra phân bình thường, mà chúng không ăn.

Voi con, gấu trúc, gấu túi và hà mã ăn phân của mẹ chúng, có lẽ để lấy vi khuẩn cần thiết để tiêu hóa thực vật đúng cách. Khi chúng được sinh ra, ruột của chúng không chứa những vi khuẩn này [chúng hoàn toàn vô trùng]. Nếu không có các vi khuẩn này, chúng sẽ không thể nhận được bất kỳ giá trị dinh dưỡng nào từ nhiều thành phần thực vật.

Trong giun đấtSửa đổi

Hệ tiêu hóa của giun đất bao gồm miệng, hầu, thực quản, màng, mề và ruột. Miệng được bao quanh bởi đôi môi chắc khỏe, hoạt động giống như một bàn tay nắm lấy những mẩu cỏ chết, lá cây và cỏ dại, với những mảnh đất để giúp nhai. Môi sẽ chia nhỏ thức ăn thành nhiều mảnh nhỏ hơn. Trong hầu họng, thức ăn được bôi trơn bởi các chất tiết nhầy để đi qua dễ dàng hơn. Thực quản bổ sung calci cacbonat để trung hòa các axit hình thành do sự phân hủy vật chất thực phẩm. Dự trữ tạm thời xảy ra trong vụ mùa nơi thức ăn và calci cacbonat được trộn lẫn. Các cơ mạnh mẽ của mề hoạt động và trộn lẫn khối lượng thức ăn và chất bẩn. Khi quá trình khuấy hoàn tất, các tuyến trong thành mề sẽ bổ sung các enzym tạo thành hỗn hợp đặc sệt, giúp phân hủy chất hữu cơ về mặt hóa học. Theo nhu động, hỗn hợp được đưa đến ruột, nơi các vi khuẩn thân thiện tiếp tục phân hủy hóa học. Điều này giải phóng carbohydrate, protein, chất béo và các vitamin và khoáng chất khác nhau để hấp thụ vào cơ thể.