Nutrició heteròtrofa: la diversitat de la natura

En la sessió anterior vam descobrir que la nutrició és un procés que implica un intercanvi de matèria i energia amb l’exterior amb la finalitat de que les cèl·lules tinguin tot allò que necessiten per efectuar les seves funcions.

També vam comentar que aquest procés és força semblant en tots els éssers vius heteròtrofs de la Terra. Recordem que un ésser heteròtrof és aquell que no es capaç de fabricar els seus nutrients i per tant els ha d’incorporar de l’exterior.  Tot i que el procés a nivell cel·lular (o micro) en aquest tipus d’éssers vius és molt i molt similar, a nivell d’organisme (o macro) la natura presenta molta variabilitat. La finalitat d'aquesta sessió és estudiar com varien els processos implicats en la nutrició en funció del tipus d'ésser viu que estudiem.

Per tal de treballar la immensa variabilitat que hi ha la natura, potser val la pena parlar per separat de cadascun dels processos implicats tot començant des d'un ésser viu complex, que es pot ser més proper a vosaltres cap a un ésser viu més senzill. Recordem els processos:

Ingestió i digestió dels aliments

La digestió és el procés mitjançant el qual els éssers vius transformen els aliments que han ingerit en nutrients que puguin absorbir per fer les seves funcions.

Un cop sabem què és la digestió, el més lògic seria veure com aquesta es produeix en els éssers viu però clar, també hem parlat d'ingestió. Tots els éssers vius ingereixen els aliments de la mateixa manera? la resposta és clara: No.

• Molts dels vertebrats, que són els animals que més coneixeu, trituren els aliments utilitzant les dents i mandíbules especialitzades desprès d'haver-lo atrapat. És més les mandíbules arriben a ser tant especialitzades que si les observem podem arribar a saber si l'ésser viu és herbívor o carnívor:

• Altres éssers vius poden xuclar directament l'aliment a través de trompes, com fan les papallones i les abelles amb les flors o poden fins hi tot perforar la pell, l'epiteli, d'altres éssers per tal d'alimentar-se dels sucs que circulen pels vasos de l'organisme, és el cas de pugons i mosquits.

• Per últim, els éssers vius més senzills, normalment aquàtics, filtren l'aliment de l'aigua a través de petites cavitats o porus replets de pels que atrapen les partícules en suspensió, és el cas dels pòlips de corall i dels porífers. Tot i que aquesta és la forma més simple d'ingestió i és pròpia dels éssers vius més senzills, també es pot arribar a donar en éssers vius més complexos com és el cas d'algunes espècies de balenes que filtren l'aigua de mar per tal d'atrapar el placton del qual s'alimenten.

Un cop sabem com atrapen l'aliment, veiem ara com el poden digerir:

Els éssers vius complexos, com nosaltres, digerim els aliments en uns òrgans especialitzats que anomenem en general aparell digestiu. Aquests aparells solen estar compostos per un tub digestiu i una sèrie de glàndules digestives que tenen diverses funcions: l'estomac que s'encarrega de transformar els aliments en nutrients, l'intestí prim que absorbeix aquests nutrients i l'intestí gros que absorbeix l'aigua i expulsa els excrements. 

• Aquest tipus de digestió s'anomena digestió extracel·lular, doncs es dóna en uns òrgans especialitzats. Aquest tipus de digestió és pròpia dels vertebrats i una gran part dels invertebrats.

• Tot i que aquest és el tipus de digestió més comuna a la natura, no és l'única. Els éssers vius més senzills, com les microorganismes (protozous) i alguns invertebrats fan la digestió dintre de la pròpia cèl·lula, sense passar per cap cavitat intermèdia. És l'anomenada digestió intracel·lular.

La circulació

Un cop els éssers vius han transformat l'aliment en nutrients, aquests han de ser transportats a les cèl·lules que l'utilitzaran per fer les seves funcions. Així mateix, és necessari que els gasos necessaris per la nutrició siguin també transportats cap a les cèl·lules i a la vegada que totes aquelles substàncies de rebuig siguin transportades de les cèl·lules cap als òrgans excretors. Bé, aquesta és la missió de l'aparell circulatori o els òrgans encarregats de la circulació. Aquesta és pot fer de tres formes diferents:

• De forma directa, passant d'una cèl·lula a l'altre a través de la membrana cap al medi que la envolta. A aquesta forma l'anomenem difusió i no sols serveix per a transportar nutrients, sinó que també serveix per transportar qualsevol tipus de substància.

• L'altre possibilitat i és la més coneguda per vosaltres és a través de vasos o tubs que conformen una circulació tancada. El líquid circulatori flueix impulsat per un cor o més cors tot arribant a tots els teixits i cèl·lules del cos sense sortir dels vasos. Els nutrients travessarien les parets dels vasos per arribar a les cèl·lules mitjançant la difusió. Segurament ja podeu dir alguns exemples... els humans, evident, però també tots els vertebrats, sí he dit tots, i alguns invertebrats.

• Per últim us deveu haver adonat que falten un gran volum d'éssers vius dels quals no sabem encara com és la seva circulació. Aquests éssers no són tant complexos com els vertebrats ni tant senzills com els microorganismes. Per tant ha d'haver una altre tipus de circulació que estigui a mig camí entre les dues anteriors. És l'anomenada circulació oberta. En aquesta, el líquid circulatori entra i surt dels vasos, passant del les cèl·lules i teixits cap a la circulació i desembocant també en cèl·lules i teixits. Aquest tipus de circulació necessita més d'un cor per tal de poder impulsar el líquid per tot l'organisme. Es pròpia d'artròpodes (escorpins, aranyes, crancs, etc.) mol·lucs i equinoderms (estrelles de mar).

La respiració

Ja sabem com ingereixen els aliments els animals, com el digereixen i com transporten els nutrients i substàncies de rebuig, però que passa amb els gasos? Tots els éssers vius tenen pulmons? La resposta és no. L'intercanvi de gasos que suposa la respiració externa o ventilació (ja sigui pulmonar o no) pot ser efectuada a la natura de formes molt diverses que varien segons sigui la complexitat de l'ésser viu:

• Difusió: tal com hem dit abans, el pas de substàncies de cèl·lula a cèl·lula no sols serveix per als nutrients originats en la digestió, també és una forma de transportar els gasos que poden passar directament del medi a les cèl·lules i viceversa. Els més senzills utilitzen únicament aquest sistema.

• Cutània. Alguns éssers vius són capaços de fer l'intercanvi de gasos directament a través de la pell, és el cas de molts cucs i amfibis. Això és possible gràcies a que els vasos transcorren tant a prop de la pell que, a través de la difusió, poden captar i alliberar els gasos.

• Branquial: Aquells animals que tenen una respiració branquial, posseeixen uns òrgans anomenats brànquies que consisteixen en uns replecs de pell molt plens de vasos sanguinis i que els hi permet captar i alliberar els gasos. En certa manera és com una evolució de la respiració cutània però molt localitzada. És pròpia dels peixos.

Traqueal: Molts insectes posseeixen una sèrie de tubs, anomenats tràquees, que condueixen l'aire cap a l'interior de l'organisme, on a través de la difusió l'organisme pot fer l'intercanvi de gasos.

• Pulmonar: Per últim, aquesta és la forma més coneguda d'intercanvi de gasos, i és a través de pulmons, unes masses esponjoses que s'omplen d'aire i que estan recobertes de vasos sanguinis. Gràcies a la difusió, aquests vasos s'enriqueixen d'oxigen i alliberen diòxid de carboni. La utilitzen els mamífers, els ocells, els rèptils i els amfibis en la seva etapa adulta.

L'excreció

L'últim procés implicat en la nutrició és l'excreció, que consisteix en l'eliminació de substàncies de rebuig originades durant la generació d'energia en les cèl·lules. Aquest procés és molt important ja que si les cèl·lules no el fessin haurien d'acumular productes tòxics que a la llarga podrien provocar molts problemes a l'organisme. I cóm fan els éssers vius aquest procés? Bé, aquest procés també depèn de quina sigui la complexitat de l'organisme:

• Difusió: Tal i com ja hem comentat abans, els productes de rebuig travessen les membranes cel·lulars cap l'exterior. És propi dels porífers i celenterats.

• Conductes excretors, alguns éssers vius com els cucs, els mol·lucs, els equinoderms i els artròpodes tenen uns conductes especialitzats en portar a l'exterior totes aquelles substàncies de rebuig que el cos no necessita.

• L'aparell excretor i les glàndules sudorípares: per últim, els vertebrats, solen tenir un aparell excretor desenvolupat que permet filtrar els líquids circulatoris, gràcies als ronyons i formar l'orina que desprès és expulsada a l'exterior a través d'una sèrie de conductes. Així mateix, alguns vertebrats són capaços de generar suor a través de la qual també expulsen moltes substàncies de rebuig.

Com heu vist, en general els éssers vius més senzills utilitzen la difusió i solen tenir els seus hàbitats al mar. Com més complex és l'organisme, més elaborat és el procés i més òrgans estan implicats. 

Però que passa amb els bacteris heteròtrofs i els fongs? 
Doncs bé, ells absorbeixen la matèria que necessiten mitjançant la difusió i expulsen tot allò que no necessiten mitjançant el mateix procés. Però no tots fan la digestió intracel·lular, si no que expulsen els enzims digestius, és a dir, les substàncies que permeten transformar els aliments en nutrients, cap a l'exterior on actuarien sobre la matèria en descomposició. Un cop aquestes substàncies han "simplificat" els nutrients aquests poden ser absorbits per les cèl·lules mitjançant la difusió. És a dir, fan una digestió externa però a diferència d'altres éssers vius no utilitzen cap òrgan especialitzat. Això fa que aquests éssers vius hagin de viure, literalment, immersos en els aliments.
Aquest és el motiu per el qual els fongs són tant importants: transformen la matèria orgànica en descomposició (excrements, fulles mortes, pels i plomes, cadàvers, etc.) en nutrients que ells poden aprofitar i a la vegada en matèria inorgànica (aigua, sals minerals, gasos, etc.) que altres éssers aprofitaran.
 

Amb aquest post ens podem fer una idea sobre quina és la variabilitat que hi ha a la natura en la forma en com els diferents nutrients arriben a les cèl·lules en els éssers vius heteròtrofs. En els pròxims post treballarem la nutrició des de el punt de vista dels éssers autòtrofs.

La nutrició

La nutrició és un concepte que utilitzem contínuament però que a l'hora de la veritat no sabem realment què significa o a què es refereix. Quan pensem en nutrició segurament ens venen al cap paraules com: dieta, endocrí, calories, menjar, aliment, aigua, sal, sucre, greixos, proteïnes..., pot ser en alguns casos digestió i fins hi tot, aquells que pensen en el procés de digestió pensaran en els excrements. Igualment segur que cap de vosaltres pensa en la suor, l'orina, l'oxigen, el diòxid de carboni o la sang, tot i que en realitat estan molt i molt relacionats. Però en quin sentit? Què tenen en comú processos com l'alimentació, la inspiració, l'excreció o la circulació amb la nutrició? Pensem:

• En la digestió ingerim aliments per tal que aquests siguin absorbits pel nostre organisme, és a dir, incorporem matèria de l'exterior.
• En la ventilació pulmonar inhalem aire, ric en oxigen i expirem aire ric en diòxid de carboni, és a dir intercanviem matèria amb l'exterior.
• En l'excreció expulsem a l'exterior substàncies que han estat processades pel nostre organisme.
• I per últim amb la circulació el nostre cos transporta i distribueix tota aquella matèria que entra i surt del nostre cos.

Suposo que ja haureu descobert quina és la relació entre aquests quatre processos: l'intercanvi de matèria (i segurament també d'energia) amb l'exterior. En això consisteix realment la nutrició, en una sèrie de processos que permeten intercanviar matèria i energia amb el medi que ens envolta.
Però amb quina finalitat?
Bé, reflexionem una mica: podríem viure sense inspirar i expirar? Podríem créixer sense menjar?
Imagineu-ho.

Això vol dir que necessitem de tot això per sobreviure, per fer les nostres funcions. És a dir, sense la nutrició no podríem construir el nostre cos: no creixeríem, no podríem reproduir-nos i fins hi tot, no podríem relacionar-nos, ja que el nostre cervell no ens funcionaria.
Així doncs, la nutrició en realitat són una sèrie de processos que consisteixen en l'intercanvi de matèria i energia amb el medi que ens envolta amb la finalitat de realitzar les nostres funcions vitals.
Bé, però quin és el responsable final de la nutrició? Com un ésser, un organisme és capaç de modificar la seva forma amb el pas del temps? quins són els responsables d'aquests canvis? Us ho imagineu? Potser us puc donar una pista: de què estem formats?
L'heu encertat: les cèl·lules.

Com el nostre cos està format per cèl·lules, són aquestes les que realment realitzen la nutrició. Els nostres òrgans el que fan es subministrar les substàncies que necessiten per fer les seves activitats i a la vegada, eliminar totes aquelles substàncies que ja no necessiten o en són tòxiques, és a dir, mitjançant la digestió, el nostre cos ingereix aliments que són transformats en nutrients que arriben a les cèl·lules gràcies a la circulació. A la vegada, amb la inspiració enriquim la nostra sang en oxigen que també arriba a les cèl·lules on desprès de determinades reaccions químiques expulsaran diòxid de carboni. Però sols expulsen això? No, també expulsen sals minerals que no necessitem i altres substàncies tòxiques com l'amoníac, que el nostre cos necessita eliminar. I com ho fa? a través de la suor i l'orina.
Així doncs, tal i com hem dit al principi, la nutrició no sols implica alimentació també implica altres processos en els que normalment no hi pensaríem però que sense ells no podríem viure.

Us heu fixat que no he utilitzat mai la paraula respiració? tot hi que he parlat d'oxigen i diòxid de carboni? Bé, això té una explicació senzilla: hem d'aprendre un nou significat per a aquesta paraula.
En biologia, amb respiració, concretament, amb respiració cèl·lular, ens referim a una reacció química que succeeix dintre de les cèl·lules, més aviat, dintre dels mitocondris i que consisteix en la transformació de l'oxigen i la glucosa (un tipus de sucre) en diòxid de carboni i en una altre substància molt rica en energia química que anomenarem ATP. És a dir, els mitocondris són els autèntics responsables de donar suficient energia a la cèl·lula per tal que aquesta es pugui reproduir i per tant pugui fer créixer els teixits i per tant el nostre cos.

En altres paraules: mengem aliments i inspirem aire per tal que els mitocondris puguin elaborar l'energia que desprès les cèl·lules utilitzaran per fer les seves funcions. O sigui que les cèl·lules són les veritables protagonistes de la nutrició, tota la resta de processos són simples tràmits que permeten que això pugui succeir.

Però, tots els éssers vius de la Terra es nodreixen de la mateixa manera? Bé, a nivell cel·lular gairebé tots, ja que totes les cèl·lules eucariotes tenen mitocondris i per tant necessiten oxigen i sucres. El que varia es la forma en com aquests nutrients arriben a les cèl·lules. És en aquest sentit on trobem una gran variabilitat a la natura. Hi han grans diferències entre plantes i animals (recordem que les plantes són capaces de fabricar els seus nutrients i la seva energia a partir de matèria inorgànica, és a dir són éssers autòtrofs, mentre que els animals són éssers heteròtrofs, necessiten incorporar-los de l'exterior).
Aquestes diferències en la forma d'incorporar les substàncies que necessiten en la nutrició estan relacionades amb la complexitat de l'ésser viu, ja que com més simples siguin més similars són entre sí els processos d'ingestió, d'intercanvi de gasos, d'excreció de substàncies i de circulació a través de l'organisme. Però d'això ja en parlarem en els pròxims posts.

Les característiques del éssers vius

En el post anterior vam estar parlant sobre el marc d'estudi de la biologia i vam elaborar una primera definició de vida, però quines són les característiques dels éssers vius?
Observem la definició que vam fer:
"Un ésser viu és una estructura química complexa que es relaciona amb el seu entorn intercanviant matèria i energia per tal de modificar la seva estructura interna i reproduir-se"
D'una banda tenim el fet que ha de tractar-se d'una estructura complexa. A nivell químic, els éssers vius han d'estar constituïts per múltiples molècules ja que aquests interactuen amb l'exterior mitjançant reaccions químiques diferents i a la vegada regulen el seu funcionament químic intern. Aquesta característica està íntimament lligada amb la funció de nutrició pròpia dels éssers vius. Nodrir-se vol dir ser capaç d'intercanviar matèria i energia amb l'exterior per tal d'utilitzar-la en benefici propi.
La següent característica de la que parlem en la definició és que un ésser viu ha de ser capaç de relacionar-se amb l'exterior, és a dir, captar estímuls i emetre respostes adequades.
El últim aspecte del que es parla en la definició es la reproducció. Un ésser viu aprofita part de la matèria i energia que intercanvia amb l'exterior per tal d'originar nous individus iguals o molt semblants als seus progenitors.
Amb això ja hem comentat quatre de les característiques dels éssers vius. Les tres funcions vitals que ja coneixíem i el fet de ser una estructura complexa. Però encara faltarien més aspectes a tenir en compte.
Segons la definició actual d'ésser viu, aquest ha de ser un ésser cel·lular, és a dir, han d'estar constituïts per una cèl·lula, éssers unicel·lulars, o més cèl·lules, éssers pluricel·lulars. Per això es considera que el nivell cel·lular és el primer nivell biòtic.
Bé, ja tenim cinc característiques dels éssers vius:

• Éssers complexos
• Éssers cel·lulars
• Es nodreixen
• Es relacionen 
• Es reprodueixen.

En relació a aquestes cinc característiques ja podem definir tres conceptes propis de tots els éssers vius:
Un ésser viu posseeix metabolisme: El metabolisme és el conjunt de reaccions químiques que es donen a l'interior d'un ésser viu i que li permeten obtenir energia i construir les seves pròpies estructures moleculars a partir de la matèria que aconsegueix de l'exterior.
Així mateix, ha de posseir informació biològica que codifica la seva estructura i que ha de ser possible transmetre-la als seus descendents. A aquesta informació li anomenem gen.
Per últim un ésser viu ha de poder mantenir el seu medi intern relativament estable, és a dir, independentment de les variacions que es donin en l'exterior, l'ésser viu ha de poder continuar amb les seves funcions vitals. És el que anomenem homeòstasi.