Одноклеточные организмы переваривают пищу внутриклеточно. У подавляющего большинства многоклеточных животных пищеварение происходит вне клетки – в пищеварительной полости, стенки которой являются продолжением внешней оболочки организма.

У примитивных многоклеточных все клетки пищеварительной системы выполняют одинаковые функции; таким образом, сама система не разделена на органы. Пища попадает внутрь через ротовую полость, через неё же выходят наружу экскременты. Так устроены пищеварительные системы кишечнополостных, плоских червей. У более развитых форм (например, кольчатых червей) клетки дифференцируются, и пищеварительная система состоит из нескольких частей: ротовой полости, глотки, пищевода, желудка, анального отверстия. Ещё более сложное строение имеет пищеварительная система позвоночных. К её изучению мы сейчас и перейдём.

Пищеварительная система млекопитающих представляет собой желудочно-кишечный тракт – трубку, соединяющую ротовое отверстие с анальным. На всём своём протяжении стенка тракта состоит из четырёх слоёв: слизистой оболочки (облегчение процесса продвижения пищи, защита тракта от пищеварительных ферментов), подслизистой основы (волокна коллагена и эластина), наружной мышечной оболочки (кольцевой и продольный слои мышц, между которыми находится ауэрбахово нервное сплетение, контролирующее перистальтику), серозной оболочки (рыхлая соединительная ткань). Ещё одно нервное сплетение – мейснерово – располагается под мышечными слоями и контролирует секрецию пищеварительных желёз. Снаружи пищеварительный тракт покрыт брюшиной. Брюшина также выстилает внутреннюю поверхность брюшной полости, где образует брыжейку, которая поддерживает желудок и кишечник.

Измельчение пищи происходит в ротовой полости при пережёвывании (у птиц – в желудке). Благодаря жеванию увеличивается поверхность пищи, доступная воздействию ферментов. Для пережёвывания большинство позвоночных имеют челюсти, снабжённые зубами. Рыбы и рептилии относятся к гомодонтным организмам, все зубы у них одинаковы и имеют, как правило, конусовидную форму. Млекопитающие гетеродонтны: так, у человека имеются 8 резцов, 4 клыка, 8 ложнокоренных (премоляры) и 12 коренных (моляры) – всего 32 постоянных зуба, которые сменяют 20 молочных зубов, выросших в детстве. Резцы, расположенные в передней части ротовой полости, имеют ровные острые края и используются для откусывания. Конусовидные клыки предназначены для захватывания жертвы и разрывания её на куски. Зубы растительноядных животных, как правило, имеют более плоскую форму, пригодную для перетирания растительной пищи, у хищников наоборот наиболее выделяются длинные и изогнутые клыки. Коренные зубы имеют несколько корней и несколько бугорков, они необходимы для дробления и перетирания пищи.

Зуб удерживается в ротовой полости благодаря своим корням, погружённым в челюстную кость. Снаружи корень покрыт цементом. Над корнем находится шейка зуба, окружённая десной. Верхнюю часть зуба составляет твердый дентин, внутри которого находится пульпарная полость. В этой полости содержатся нервы, кровеносные сосуды и одонтобласты – клетки, образующие дентин. Снаружи дентин покрыт эмалью – самым твёрдым веществом организма, которая образует коронку. Налёт из болезнетворных организмов может вызвать заболевания зубов: кариес, разрушающий эмаль, а потом и дентин, и пародонтоз, вызывающий воспаление дёсен.

Челюсти образуют ротовую полость. В её стенках находятся три пары слюнных и множество щечных желез, выделяющих слюну (у человека – 1,5 литра в день). Слюна – это водянистый секрет, содержащий слизь, пищеварительные ферменты, различные соли и ионы. Она выделяется не постоянно, а под действием рефлексов, безусловных (наличие пищи во рту) и условных (на вкус и запах пищи). В ротовой полости также находится язык – мышечный орган, переворачивающий пищу во рту. Вкусовые сосочки на поверхности языка помогают определить вкус пищи. У человека язык также выполняет функцию органа речи.

Пережёванная и полупереваренная во рту пища обволакивается слизью и в виде комка попадает через глотку в пищевод. У человека его длина составляет около 25 см. Благодаря перистальтике (ритмическим движениям и сокращениям мышечных стенок) пища быстро проходит узкую трубку пищевода и попадает в желудок.

Желудок человека располагается в левой части брюшной полости под диафрагмой; его основное назначение – хранение и частичное переваривание пищи. Оболочка желудка состоит из трёх слоёв мускулатуры и легко растягивается; полный желудок может вмещать до 5 литров пищи. Секрет желудка – желудочный сок (слизь, 0,05 % раствор соляной кислоты, пищеварительные ферменты) – выделяется клетками, находящимися в стенках желудка, и перемешивается с пищей, образуя полужидкую смесь – химус. Покрывающая стенки слизь защищает их от переваривания.

У жвачных истинному желудку предшествует рубец, в котором особые симбиотические бактерии выделяют фермент целлюлазу, переваривающую целлюлозу. Без него животное не в состоянии переварить растительную пищу. Полупереваренная пища отрыгивается обратно, а затем заглатывается вновь, после чего её переваривание осуществляется, как и у всех млекопитающих.

Химус через пилорический сфинктер попадает в двенадцатиперстную кишку. В эту 20-сантиметровую кишку открываются также протоки поджелудочной железы и желчного пузыря. Вместе с пятиметровой подвздошной кишкой она образует тонкий кишечник. Его подслизистая основа собрана в многочисленные складки, а слизистая складок образует множество подвижных ворсинок, увеличивающих поверхность, всасывающую питательные вещества. Слизь защищает тонкий кишечник от повышенной кислотности пищи.

Слизистая тонкого кишечника выделяет кишечный сок, в который входят разнообразные пищеварительные ферменты. Вместе с желчью и соком поджелудочной железы он активно переваривает пищу, после чего та всасывается через микроворсинки эпителиальных клеток, расположенных на ворсинках подвздошной кишки. Через кровеносные капилляры, сливающиеся в воротную вену печени, питательные вещества поступают в печень. Там они откладываются про запас или поступают в кровеносную систему и разносятся по клеткам организма, а токсичные вещества (например, алкоголь) обезвреживаются.

В следующем отделе пищеварительной системы – толстом кишечнике – благодаря бактериям-симбионтам синтезируются некоторые аминокислоты и витамины. Все они, а также вода и некоторые электролиты, всасываются в кровь. Оставшаяся непереваренной пища твердеет и обволакивается слизью, становясь каловой массой. В конце концов, она поступают в прямую кишку и, пройдя через пару сфинктеров, выводится из организма через анальное отверстие. Внешний сфинктер контролируется центральной нервной системой; у маленьких детей этот контроль осуществляется недостаточно хорошо.

И желудочный, и кишечный сок вырабатываются не постоянно, а только под действием специальных гормонов. Поглощение пищи также происходит только в те моменты, когда у организма пробуждается аппетит. У людей аппетит контролируется центрами голода и насыщения, расположенными в гипоталамусе. Контроль производится при помощи изменения концентрации глюкозы в крови. На аппетит также влияют дополнительные факторы (растяжение стенок желудка, физиологическое состояние организма, повреждение головного мозга).