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23.7:

比较排泄系统

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Comparative Excretory Systems

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生物大分子, 碳水化合物、脂类、蛋白质和核酸 是体内最重要的几大分子。 蛋白质和核酸含有氮, 当这些分子被分解时, 氮通常是副产物。 体内过量的氮倾向于形成氨, 其具有高毒性,必须直接 或在转化为尿素或尿酸后除去。 大多数水生动物直接将氨 释放到环境中。 大部分氨都会扩散消失, 因此这个过程不是能量密集型的。 然而,氨只能在 低浓度下耐受, 因此这些动物需要大量的水来稀释它。 对于许多生物来说,这些水的成本太高了。 哺乳动物,许多成年两栖动物 和一些海洋生物在将氨从体内排出之前 将氨转化为尿素。 尿素的毒性比氨低得多, 因此去除尿液需要的水量更少。 然而,将氨转化为尿素需要能量。 鸟类、爬行动物和昆虫 主要将氨转化为尿酸。 尿酸可以以更固体的形式排出, 需要的水很少。 然而,将氨转化为尿酸 比转化为尿素更加耗能。 去除这些氨的方法, 直接释放或转化为尿素或尿酸的优点和成本 反映了生物对不同生境的适应性。 化石证据表明生命始于水中。 随着生物移动到陆地,干燥的条件可能 刺激了尿酸通路的进化, 使动物能够保存更多的水。 不同的繁殖特性 也有利于去除含氮废物的不同方法。 例如,尿素的水溶性 允许哺乳动物胚胎去除 母亲血液中的废物。 另一方面,尿酸的固体性质 允许来自鸟胚胎的废物 在蛋内形成无害的块状物, 其具有尿素 无法通过的硬壳。

23.7:

比较排泄系统

动物已经进化出不同的排泄策略,即从体内清除废物。大多数废物必须溶解在水中才能排出体外,因此动物的排泄策略会直接影响其水分平衡。

含氮废物是一些最重要的动物废物。当蛋白质和核酸被分解为能量或转化为碳水化合物和脂肪时,氮就会释放出来。蛋白质分解成氨基酸,核酸分解成含氮碱。氨基酸和含氮碱基的含氮氨基随后转化为含氮废物。

动物释放的典型含氮废物包括氨、尿素和尿酸。这些排泄策略涉及到节约能源和水之间的权衡。

各种含氮废物反映了不同的生境和进化历史。例如,大多数水生动物是氨的,这意味着它们直接排泄氨。这种方法比排泄前将氨转化为尿素或尿酸能耗低,但也需要更多的水。对于陆生生物来说,水资源的节约是值得的,因为它们面临的监管威胁可能不会比脱水更严重。

排尿素的动物,如哺乳动物和鲨鱼,在排泄前把氨转化成尿素。尿素比氨毒性小,需要较少的水从体内排出。许多从水生到陆地的两栖动物主要以蝌蚪的形式排泄氨,而在陆地上以成人的形式排泄大部分尿素。

尿酸生物,包括爬行动物、鸟类和许多昆虫,在排泄前将氨转化为尿酸。尿酸不溶于水,以糊状或粉末的形式排出,只需很少的水。尿酸甚至比尿素毒性小。然而,将氨转化为尿酸比转化为尿素需要更多的能量。

这些不同的排泄策略使动物能够满足环境对水和能量的独特需求。

Suggested Reading

Wright, P A. “Nitrogen Excretion: Three End Products, Many Physiological Roles.” The Journal of Experimental Biology 198, no. 2 (February 1, 1995): 273.[Source]>

Spring, Jeffrey H., S. Renee Robichaux, and John A. Hamlin. “The Role of Aquaporins in Excretion in Insects.” Journal of Experimental Biology 212, no. 3 (February 1, 2009): 358. [Source]