BIO101

動物は他の生物の消費から栄養を得ます。 彼らの食事に応じて、動物は次のカテゴリに分類することができます：植物を食べる人（草食動物）、肉を食べる人（肉食動物）、植物と動物の両方を食べる人（雑 食物中に存在する栄養素および高分子は、細胞にすぐにアクセスすることはできない。 栄養素や有機分子が細胞機能にアクセスできるようにするために、動物の体内で食物を改変する多くのプロセスがあります。 動物が形態と機能の複雑さで進化するにつれて、彼らの消化器系はまた、彼らの様々な食事のニーズに対応するために進化してきました。

草食動物、雑食動物、および肉食動物

草食動物は、その主な食物源は植物ベースの動物です。 図1に示すように、草食動物の例には、鹿、コアラ、およびいくつかの鳥種のような脊椎動物だけでなく、コオロギや毛虫などの無脊椎動物が含まれます。 これらの動物は、大量の植物材料を扱うことができる消化器系を進化させました。 草食動物は、さらにfrugivores（果実を食べる人）、granivores（種子を食べる人）、nectivores（蜜フィーダー）、およびfolivores（葉を食べる人）に分類することができます。

図1. 草食動物は、この（a）ラバ鹿と（b）モナークキャタピラのように、主に植物材料を食べる。 （クレジットa：ビルEbbesenによる作業の変更;クレジットb：ダグボウマンによる作業の変更）

肉食動物は、他の動物を食べる動物です。 肉食動物という言葉はラテン語に由来し、文字通り”肉を食べる人”を意味します。”図2aに示すライオンやトラなどの野生の猫は脊椎動物の肉食動物の例であり、ヘビやサメは脊椎動物の肉食動物の例であり、図2bに示す無脊椎動物の肉食動物には海の星、クモ、てんとう虫が含まれています。偏性肉食動物は動物の肉に完全に依存して栄養を得るものであり、偏性肉食動物の例にはライオンやチーターなどの猫の家族のメンバーがあります。 通性肉食動物はまた、動物性食品に加えて、非動物性食品を食べるものです。 通性肉食動物と雑食動物を区別する明確な線はないことに注意してください; 犬は通性肉食動物とみなされます。

（A）ライオンのような肉食動物は、主に肉を食べる。 （B）てんとう虫はまた、アブラムシと呼ばれる小さな昆虫を消費する肉食動物です。 （クレジットa：Kevin Pluckによる作業の修正;クレジットb：Jon Sullivanによる作業の修正）

雑食動物は、植物由来の食物と動物由来の食物の両方を食べる動物です。 ラテン語では、雑食はすべてを食べることを意味します。 ヒト、クマ（図3aに示す）、および鶏は脊椎動物の雑食動物の例であり、無脊椎動物の雑食動物にはゴキブリおよびザリガニ（図3bに示す）が含まれる。

図3. （A）クマと（b）ザリガニのような雑食動物は、植物と動物ベースの食品の両方を食べます。 （クレジットa：Dave Menkeによる作業の変更、クレジットb: Jon Sullivanによる作業の修正）

脊椎動物の消化器系

脊椎動物は、食事のニーズに適応するために、より複雑な消化器系を進化させてきました。 いくつかの動物は単一の胃を持っていますが、他の動物は複数の胃を持っています。 鳥類は消化器系を発達させており、消化されていない食物を食べることに適応しています。

Monogastric：単一の部屋の胃

monogastricという言葉が示唆するように、このタイプの消化器系は、1つの（”モノ”）胃室（”胃”）で構成されています。 人間と多くの動物は、図5aと5bに示すように、単胃消化器系を持っています。 歯は、咀嚼（咀嚼）または物理的に食物をより小さな粒子に分解するのに重要な役割を果たす。 唾液中に存在する酵素もまた、食物を化学的に分解し始める。 食道は、胃に口を接続する長いチューブです。 蠕動、または波のような平滑筋収縮を使用して、食道の筋肉は胃の方に食べ物を押します。 胃の中の酵素の作用をスピードアップするために、胃は1.5と2.5の間のpHを有する非常に酸性の環境である。 胃の中に酵素を含む胃液は、食物粒子に作用し、消化のプロセスを継続する。 食物のさらなる分解は、肝臓、小腸、および膵臓によって産生される酵素が消化のプロセスを続ける小腸で起こる。 栄養素は小腸の壁を裏打ちする上皮細胞を渡る血の流れに吸収されます。 廃棄物は水が吸収され、より乾燥した廃棄物が糞便に密集する大きい腸に移動します;直腸を通して排泄されるまで貯えられます。

図5. （a）ヒトおよび（b）ウサギのような草食動物は、単胃消化器系を有する。 しかし、ウサギでは、小腸および盲腸が拡大され、植物材料を消化する時間が長くなります。 拡大された器官は、栄養素の吸収のためのより多くの表面積を提供する。 ウサギは二度彼らの食糧を消化します: 食物が消化器系を初めて通過するとき、それは盲腸に集まり、その後、盲腸栄養と呼ばれる柔らかい糞便として通過する。 ウサギはさらにそれらを消化するためにこれらのcecotrophesを再摂取します。それは食品から栄養を得ることになると鳥は特別な課題に直面しています。

鳥

それは食品から栄養を得ることになると 彼らは歯を持っていないので、図6に示す消化器系は、非咀嚼食品を処理することができなければなりません。 鳥は、種子や昆虫から果物やナッツに至るまで、彼らの食事の広大な多様性を反映したくちばしの種類の様々な進化してきました。 ほとんどの鳥が飛ぶので、効率的に食糧を処理し、彼らの体重を低く保つために彼らの代謝率は高いです。 鳥の胃には2つの部屋があります：胃液が胃に入る前に食物を消化するために生産されるproventriculusと、食物が貯蔵され、浸漬され、機械的に粉砕される砂嚢。 消化されていない材料は時々逆流している食糧餌を形作ります。 化学的消化と吸収の大部分は腸内で起こり、廃棄物はクロアカを通して排泄されます。

図6. 鳥の食道には、食物を貯蔵する作物と呼ばれる袋があります。

鳥の消化器系では、食物は作物から食物を分解する消化液を含むproventriculusと呼ばれる2つの胃の最初のものに渡されます。 Proventriculusから、食べ物は食べ物を粉砕する砂嚢と呼ばれる第二の胃に入ります。 いくつかの鳥は、粉砕プロセスを支援するために、砂嚢に格納されている石やグリットを飲み込みます。 鳥は尿と糞便を排泄するための別々の開口部を持っていません。 代わりに、腎臓からの尿酸は大腸に分泌され、消化プロセスからの廃棄物と組み合わされます。 この廃棄物は、クロアカと呼ばれる開口部を通って排泄される。

反芻動物

反芻動物は、主に牛、羊、ヤギのような草食動物であり、その全体の食事は大量の粗飼料または繊維を食べることで構成されています。 彼らは彼らがセルロースの膨大な量を消化するのに役立つ消化器系を進化させてきました。 反芻動物の口の興味深い特徴は、彼らが上切歯を持っていないということです。 彼らは彼らの食べ物を引き裂き、噛むために彼らの下の歯、舌と唇を使用しています。 口から、食べ物は食道と胃に移動します。

大量の植物材料を消化するのを助けるために、反芻動物の胃は、図7に示すように、複数の部屋の器官である。 これらの部屋はセルロースを破壊し、摂取された食糧を発酵させる多くの微生物を含んでいる。 4コンパートメント胃の部屋は反芻動物の植物材料を消化するのに必要なより大きいスペースおよび微生物サポートを提供する。 発酵プロセスは、胃室内に大量のガスを生成し、それを排除しなければならない。 他の動物と同様に、小腸は栄養吸収に重要な役割を果たし、大腸は廃棄物の排除に役立ちます。

図7. ヤギや牛などの反芻動物は、4つの胃を持っています。 最初の2つの胃、第一胃と網状体には、セルロース繊維を消化することができる原核生物と原生生物が含まれています。 反すう動物は、網状体からcudを逆流させ、それを噛んで、それを第三の胃、大胃に飲み込み、水を除去する。 Cudは、それが反芻動物によって産生される酵素によって消化される第四胃、第四胃、上を通過します。

擬似反芻動物

ラクダやアルパカなどのいくつかの動物は、擬似反芻動物です。 彼らは多くの植物材料と粗飼料を食べる。 植物細胞壁には高分子糖分子セルロースが含まれているため、植物材料を消化することは容易ではない。 これらの動物の消化酵素はセルロースを分解することはできませんが、消化器系に存在する微生物は分解することができます。 したがって、消化器系は大量の粗飼料を処理し、セルロースを分解することができなければならない。 擬似反芻動物は、消化器系に三室の胃を有する。 しかし、それらの盲腸—植物材料の消化に必要な多くの微生物を含む大腸の初めに袋状の器官-は大きく、粗飼料が発酵して消化される部位である。 これらの動物は、第一胃を持っていないが、omasum、第四胃、および網状体を持っています。

消化器系の一部

脊椎動物の消化器系は、食物物質の生物を維持する栄養成分への変換を容易にするように設計されています。

口腔

口腔、または口は、図8に示す消化器系への食物の侵入点である。 消費される食物は、咀嚼、歯の咀嚼作用によってより小さな粒子に分割される。 すべての哺乳類は歯を持ち、食べ物を噛むことができます。

消化の広範な化学プロセスは口の中で始まります。 食物が噛まれているので、唾液腺によって産生される唾液は食物と混ざります。 唾液は、多くの動物の口の中で生成される水っぽい物質です。 唾液を分泌する3つの主要な腺があります—耳下腺、顎下腺、および舌下。 唾液には、食物を湿らせ、食物のpHを緩衝する粘液が含まれています。 唾液には免疫グロブリンやリゾチームも含まれており、いくつかの細菌の増殖を阻害することによって虫歯を減らす抗菌作用があります。 唾液には、食物中の澱粉をマルトースと呼ばれる二糖類に変換するプロセスを開始する唾液アミラーゼと呼ばれる酵素も含まれています。 リパーゼと呼ばれる別の酵素は、舌の細胞によって産生される。 リパーゼは、トリグリセリドを分解することができる酵素のクラスです。 舌リパーゼは、食品中の脂肪成分の分解を開始する。 歯および唾液によって提供される咀嚼および湿潤作用は、嚥下のためのボーラスと呼ばれる塊に食物を準備する。 舌は嚥下に役立ちます—ボーラスを口から咽頭に移動させます。 咽頭は、肺につながる気管と、胃につながる食道の2つの通路に開きます。 気管には声門と呼ばれる開口部があり、喉頭蓋と呼ばれる軟骨のフラップで覆われています。 嚥下すると、喉頭蓋は声門を閉鎖し、食物は気管ではなく食道に入る。 この配置は、食物を気管から遠ざけることを可能にする。

図8. 食物の消化は（a）口腔で始まる。 食物は歯によって咀嚼され、（b）唾液腺から分泌される唾液によって湿らされる。 唾液中の酵素はでんぷんや脂肪を消化し始めます。 舌の助けを借りて、得られたボーラスは嚥下によって食道に移動する。 (credit:modification of work by The National Cancer Institute)

食道

図9. 食道は、蠕動運動を介して口から胃に食物を移動させる。

食道は、口と胃を結ぶ管状器官です。 咀嚼され軟化した食物は、飲み込まれた後に食道を通過する。 食道の平滑筋は、図9に示すように、食物を胃に向かって押す蠕動運動と呼ばれる一連の波のような動きを受けます。 蠕動波は一方向性であり、食物を口から胃に移動させ、逆の動きは不可能である。 食道の蠕動運動は不随意反射であり、嚥下の行為に応答して起こる。

括約筋と呼ばれるリング状の筋肉は、消化器系に弁を形成します。 胃食道括約筋は食道の胃の端に位置しています。 嚥下および食物のボーラスによって加えられる圧力に応答して、この括約筋が開き、ボーラスが胃に入る。 嚥下作用がない場合、この括約筋は閉鎖され、胃の内容物が食道を通過するのを防止する。 多くの動物は真の括約筋を持っていますが、ヒトでは真の括約筋はありませんが、嚥下作用がない場合は食道は閉じたままです。 酸の還流か”胸焼け”は酸性消化液が食道に脱出するとき起こる。

胃

消化の大部分は胃で起こり、図10に示す。 胃は胃の消化液を分泌するsaclike器官です。 胃のpHは1.5と2.5の間にあります。 この酸性度の高い環境は、食品の化学分解や栄養素の抽出に必要です。 空の場合、胃はかなり小さな器官ですが、食物で満たされたときには、安静時のサイズの20倍まで拡大することができます。 この特性は、食物が利用可能なときに食べる必要がある動物にとって特に有用である。

Art Connection

図10. 人間の胃に蛋白質のほとんどが消化されて得る非常に酸性環境があります。 (credit:modification of work by Mariana Ruiz Villareal)

消化器系に関する以下の声明のどれが偽ですか？P>

1. ライムは、胃の中で生産される食品と消化液の混合物です。
2. 食べ物は小腸の前に大腸に入ります。
3. 小腸では、chymeは脂肪を乳化する胆汁と混合する。
4. 胃は幽門括約筋によって小腸から分離される。

ステートメントbは真です。胃は反芻動物以外の動物のタンパク質消化の主要な部位でもあります。

胃は反芻動物以外の動物のタンパク質消化の主要な部位でもあります。 蛋白質の消化力は胃部屋のペプシンと呼出される酵素によって仲介されます。 ペプシンはペプシノーゲンと呼ばれる不活性形態の胃の主な細胞によって分泌されます。 ペプシンはペプチド結合を切断し、タンパク質をより小さなポリペプチドに切断し、より多くのペプシノーゲンを活性化し、より多くのペプシンを生成する正のフィードバック機構を開始するのにも役立つ。 別の細胞型—頭頂細胞—は、胃液の主要な酸性成分である塩酸を形成するために内腔内で結合する水素および塩化物イオンを分泌する。 塩酸は不活性なペプシノーゲンをペプシンに変換するのに役立ちます。 非常に酸性環境はまた食糧の多くの微生物を殺し、酵素のペプシンの行為と結合されて、食糧の蛋白質の加水分解で起因します。 化学的消化は、胃のかき回す作用によって促進される。 平滑筋の収縮と弛緩は、約20分ごとに胃の内容物を混合する。 部分的に消化された食物と胃液の混合物は、ライムと呼ばれます。 Chymeは胃から小腸に通過する。 さらにタンパク質の消化は小腸で行われます。 胃の空になることは食事の後の二から六時間以内に起こります。 少量のchymeのみが一度に小腸に放出される。 胃から小腸への糜粥の動きは、幽門括約筋によって調節される。

タンパク質といくつかの脂肪を消化するとき、胃の裏地はペプシンによって消化されないように保護する必要があります。 胃の内層がどのように保護されているかを記述する際に考慮すべき2つのポイントがあります。 まず、前述のように、酵素ペプシンは不活性形態で合成される。 ペプシノーゲンはペプシンと同じ酵素機能を持たないため、これは主細胞を保護する。 第二に、胃は消化液の作用から下の組織を保護する厚い粘液の裏地を持っています。 この粘液内層が破裂すると、胃に潰瘍が形成されます。 潰瘍は粘液のライニングが破裂し、改良しないとき細菌（Helicobacterの幽門）によって引き起こされる器官のまたはの開いた傷です。

小腸

ライムは胃から小腸に移動します。 小腸は、タンパク質、脂肪、炭水化物の消化が完了する器官です。 小腸は絨毛と呼ばれる指のような突起を含む高度に折り畳まれた表面を有する長い管のような器官である。 各絨毛の頂端表面には、微絨毛と呼ばれる多くの微視的突起があります。 図11に示すこれらの構造は、管腔側に上皮細胞が並んでおり、栄養素が消化された食物から吸収され、反対側の血流に吸収されることを可能にする。 絨毛および微絨毛は、それらの多くの折り目を伴って、腸の表面積を増加させ、栄養素の吸収効率を増加させる。 血液中の吸収された栄養素は、肝臓につながる肝門脈に運ばれます。 そこでは、肝臓は体の残りの部分への栄養素の分布を調節し、薬物、アルコール、およびいくつかの病原体を含む有害物質を除去する。

アート接続

図11. 絨毛は、栄養素の吸収を容易にするために表面積を増加させる小腸のライニング上の折り目である。小腸についての次の声明のどれが偽ですか？小腸を覆う吸収性細胞は、微絨毛、表面積を増加させ、食物の吸収を助ける小さな突起を有する。

1. 小腸を覆う吸収性細胞は、食物の吸収
2. 小腸の内側には絨毛と呼ばれる多くの折り目があります。
3. 微絨毛には血管とリンパ管が並んでいます。
4. 小腸の内部は内腔と呼ばれます。

ステートメントcはfalseです。人間の小腸は6m以上の長さで、十二指腸、空腸、回腸の3つの部分に分かれています。 小腸の「C字型」の固定部分は十二指腸と呼ばれ、図10に示されています。 十二指腸は、糜粥が胃から十二指腸に移動することを可能にするために開く幽門括約筋によって胃から分離される。 十二指腸では、ライムは、ライムの酸性度を中和し、緩衝剤として作用する重炭酸塩が豊富なアルカリ性溶液中で膵液と混合される。 膵液にはいくつかの消化酵素も含まれています。 膵臓、肝臓、および胆嚢からの消化液、ならびに腸壁自体の腺細胞からの消化液は、十二指腸に入る。 胆汁は肝臓で産生され、胆嚢に貯蔵され、濃縮される。 胆汁は膵臓が澱粉、二糖類、蛋白質および脂肪を異化させる酵素を作り出す間、脂質を乳状にする胆汁塩を含んでいます。 これらの消化液はブドウ糖、トリグリセリドおよびアミノ酸にchymeの食糧粒子を破壊する。 食物のいくつかの化学的消化は十二指腸で起こる。 脂肪酸の吸収は十二指腸でも起こる。

小腸の第二の部分は空腸と呼ばれ、図10に示されています。 ここでは、炭水化物およびアミノ酸のほとんどが腸のライニングを通して吸収される間、栄養素の加水分解は続けられます。 化学消化と栄養吸収の大部分は空腸で起こります。

また、図10に示されている回腸は、小腸の最後の部分であり、ここでは胆汁塩およびビタミンは血流に吸収される。 消化されていない食物は、筋肉の蠕動運動を介して回腸から結腸に送られる。 回腸は終了し、大腸は回盲弁で始まる。 虫状の虫垂は回盲弁に位置しています。 ヒトの虫垂は酵素を分泌せず、免疫において重要でない役割を果たす。

大腸

図12. 大腸は、消化されていない食品から水を再吸収し、廃棄物が除去されるまで廃棄物を貯蔵する。

図12に示す大腸は、消化されていない食品材料から水を再吸収し、廃棄物を処理します。 ヒトの大腸は、小腸と比較して長さがはるかに小さいが、直径が大きい。 盲腸、結腸、および直腸：それは3つの部分を持っています。 盲腸は回腸を結腸に結合し、廃棄物の受け入れ袋である。 コロンは消化が良いプロセスの援助多くの細菌か”腸の植物相”に家である。 結腸は、上行結腸、横行結腸、下行結腸およびs状結腸の4つの領域に分けることができる。 結腸の主な機能は、消化されていない食品から水およびミネラル塩を抽出し、廃棄物を貯蔵することである。 肉食性哺乳動物は、食事のために草食性哺乳動物に比べて大腸が短くなっています。

直腸および肛門

直腸は、図12に示すように、大腸の末端である。 直腸の主な役割は、排便まで糞便を貯蔵することである。 糞便は除去の間に蠕動運動を使用して推進される。 肛門は消化管の遠端の開口部であり、廃棄物の出口点である。 直腸と肛門の間の2つの括約筋は排除を制御する：内括約筋は不随意であり、外括約筋は自発的である。

付属器官

上で議論した器官は、食物が通過する消化管の器官である。 副器官は、食物を栄養素に異化させる分泌物（酵素）を加える器官である。 副臓器には、唾液腺、肝臓、膵臓、および胆嚢が含まれる。 肝臓、膵臓、および胆嚢は、消費される食物に応答してホルモンによって調節される。肝臓は人間の最大の内臓であり、脂肪の消化と血液の解毒に非常に重要な役割を果たします。

肝臓は人間の最大の内臓であり、脂肪の消化と血液 肝臓は、十二指腸における食物の脂肪成分の分解に必要な消化液である胆汁を産生する。 肝臓はまた、ビタミンや脂肪を処理し、多くの血漿タンパク質を合成する。膵臓は消化液を分泌するもう一つの重要な腺です。

膵臓は消化液を分泌するもう一つの重要な腺です。 胃から作り出されるchymeは実際のところ非常に酸性です;膵臓ジュースは重炭酸塩、酸性chymeを中和するアルカリのハイレベルを含んでいます。 さらに、膵液には、タンパク質および炭水化物の消化に必要な多種多様な酵素が含まれています。胆嚢は、胆汁を貯蔵し、胆汁塩を濃縮することによって肝臓を助ける小さな器官である。

胆嚢は、胆汁を貯蔵し、胆汁塩を濃縮することによって肝臓を 脂肪酸を含むライムが十二指腸に入ると、胆汁は胆嚢から十二指腸に分泌される。

セクションの概要

異なる動物は、彼らの食事のニーズを満たすために特化した消化器系の異なるタイプを進化させてきました。 人間や他の多くの動物は、単一の胃を持つ単胃消化器系を持っています。 鳥は、食物がより小さな断片に粉砕される砂嚢を含む消化器系を進化させました。 これは、咀嚼することができないことを補う。 大量の植物材料を消費する反芻動物は、粗飼料を消化するマルチチャンバー胃を持っています。 擬似反芻動物は反芻動物と同様の消化過程を有するが、四区画の胃を有さない。 食品の処理には、摂取（食べる）、消化（大きな分子の機械的および酵素的分解）、吸収（栄養素の細胞取り込み）、および除去（糞便としての未消化廃棄物の除去）が多くの臓器は食物を消化し、栄養素を吸収するために一緒に働きます。

口は、摂取のポイントであり、食物の機械的および化学的分解の両方が始まる場所である。 唾液には、炭水化物を分解するアミラーゼと呼ばれる酵素が含まれています。 食物ボーラスは、蠕動運動によって食道を通って胃に移動する。 胃は非常に酸性の環境を持っています。 ペプシンと呼ばれる酵素は、胃の中のタンパク質を消化します。 さらなる消化および吸収は小腸で起こる。 大腸は消化されていない食品から水を再吸収し、廃棄物を除去するまで貯蔵する。