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Biologische Makromoleküle, Kohlenhydrate, Lipide, Proteine und Nukleinsäuren sind die wichtigsten großen Moleküle im Körper. Proteine und Nukleinsäuren enthalten Stickstoff, der bei der Zersetzung dieser Moleküle häufig als Nebenprodukt anfällt. Überschüssiger Stickstoff im Körper neigt zur Bildung von Ammoniak, das hochgiftig ist und entweder direkt oder nach Umwandlung in Harnstoff oder Harnsäure entfernt werden muss.
Die meisten Wassertiere setzen Ammoniak direkt in ihre Umwelt frei. Ein Großteil des Ammoniaks geht durch Diffusion verloren, daher ist dieser Prozess nicht energieintensiv. Da Ammoniak jedoch nur in geringen Konzentrationen toleriert werden kann, benötigen diese Tiere viel Wasser, um es zu verdünnen.
Für viele Organismen sind diese Wasserkosten zu hoch. Säugetiere, viele ausgewachsene Amphibien und einige Meeresorganismen wandeln Ammoniak in Harnstoff um, bevor es aus dem Körper ausgeschieden wird. Harnstoff ist viel weniger giftig als Ammoniak und benötigt daher weniger Wasser zur Entfernung.
Die Umwandlung von Ammoniak in Harnstoff erfordert jedoch Energie. Vögel, Reptilien und Insekten wandeln Ammoniak hauptsächlich in Harnsäure um. Harnsäure kann in festerer Form ausgeschieden werden und benötigt nur sehr wenig Wasser.
Die Umwandlung von Ammoniak in Harnsäure ist jedoch noch energieintensiver als die Umwandlung in Harnstoff. Die Vorteile und Kosten dieser Ammoniakentfernungsmethoden, die direkte Freisetzung oder Umwandlung in Harnstoff oder Harnsäure, spiegeln die Anpassungen der Organismen an verschiedene Lebensräume wider. Fossile Beweise deuten darauf hin, dass das Leben im Wasser begann.
Während sich Organismen ans Land bewegten, beschleunigten trockene Bedingungen wahrscheinlich die Entwicklung des Harnsäurewegs und ermöglichten den Tieren, mehr Wasser zu sparen. Unterschiedliche Fortpflanzungsmerkmale begünstigten auch unterschiedliche Verfahren zur Entfernung von stickstoffhaltigem Abfall. Zum Beispiel ermöglicht die Wasserlöslichkeit von Harnstoff Säugetierembryonen, Abfallprodukte im Blut ihrer Mutter zu entfernen. Andererseits ermöglicht die feste Natur der Harnsäure, dass Abfallprodukte von Vogelembryonen harmlose Klumpen in Eiern bilden, welche harte Schalen haben, durch die Harnstoff nicht dringen kann.
Tiere haben verschiedene Strategien für die Ausscheidung bzw. Beseitigung von Abfallstoffen entwickelt. Die meisten Abfallstoffe müssen im Wasser gelö…
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