Back to chapter

23.7:

מערכות הפרשה השוואתית

JoVE Core
Biology
A subscription to JoVE is required to view this content.  Sign in or start your free trial.
JoVE Core Biology
Comparative Excretory Systems

Languages

Share

מקרומולקולות ביולוגיות, פחמימות, ליפידים, חלבונים וחומצות גרעין, הם המולקולות הגדולות החשובות ביותר בגוף. חלבונים וחומצות גרעין מכילים חנקן, שהוא לרוב תוצר לוואי של התפרקות המולקולות האלה. עודף חנקן בגוף נוטה לייצר אמוניה, שהיא רעילה ביותר ויש להסיר אותה ישירות או לאחר ההמרה לאוריאה או לחומצת שתן.רוב בעלי חיים מימיים משחררים אמוניה ישירות לסביבתם. חלק רב מהאמוניה נאבד בפעפוע, כלומר תהליך זה לא דורש הרבה אנרגיה. עם זאת, ניתן לסבול אמוניה רק בריכוזים נמוכים, לכן בעלי חיים אלו זקוקים למים רבים לדילול האמוניה.עבור אורגניזמים רבים מחיר המים כבד מדי. יונקים, דו-חיים בוגרים רבים, וכמה אורגניזמים ימיים ממירים אמוניה לאוריאה לפני סילוקה מהגוף. אוריאה הרבה פחות רעילה מאמוניה, ולכן דורשת פחות מים להסרתה.עם זאת, המרת אמוניה לאוריאה דורשת אנרגיה. ציפורים, זוחלים וחרקים ממירים אמוניה בעיקר לחומצת שתן. ניתן להפריש חומצת שתן בצורה מוצקה יותר, הדורשת מעט מאוד מים.עם זאת, המרת אמוניה לחומצת שתן דורשת אנרגיה רבה אף יותר מאשר המרתה לאוריאה. היתרונות והעלויות של שיטות הסרת אמוניה אלה, שחרור ישיר או המרה לאוריאה או לחומצת שתן, משקפים את ההסתגלויות של אורגניזמים לבתי גידול שונים. עדויות מאובנים מצביעות על כך שהחיים החלו במים.כאשר אורגניזמים עברו לאדמה, סביר להניח שתנאים יבשים עוררו את התפתחות מסלול חומצת השתן, שאפשר לבעלי חיים לשמר יותר מים. גם מאפייני רבייה שונים מעדיפים שיטות ברורות לפינוי פסולת חנקנית. לדוגמה, מסיסות האוריה במים מאפשרת לעוברי יונקים להסיר פסולת מהדם של אמם.מצד שני, אופיה המוצק של חומצת שתן מאפשר לפסולת מעוברי ציפורים ליצור גושים לא מזיקים בתוך ביצים, שבעלות קליפה קשה המונעת את מעבר האוריאה דרכה.

23.7:

מערכות הפרשה השוואתית

Animals have evolved different strategies for excretion, the removal of waste from the body. Most waste must be dissolved in water to be excreted, so an animal’s excretory strategy directly affects its water balance.

Nitrogenous wastes are some of the most significant forms of animal waste. Nitrogen is released when proteins and nucleic acids are broken down for energy or conversion into carbohydrates and fats. Proteins are broken down into amino acids and nucleic acids into nitrogenous bases. The nitrogen-containing amino groups of amino acids and nitrogenous bases are then converted into nitrogenous wastes.

Typical nitrogenous wastes released by animals include ammonia, urea, and uric acid. These excretory strategies involve tradeoffs between conserving energy and water.

The various nitrogenous wastes reflect distinct habitats and evolutionary histories. For example, most aquatic animals are ammonotelic, meaning they directly excrete ammonia. This approach is less energy-intensive than converting ammonia into urea or uric acid before excretion, but also requires more water. For terrestrial organisms, which face perhaps no more significant regulatory threat than dehydration, water conservation is worth the extra energy cost.

Ureotelic animals, like mammals and sharks, convert ammonia into urea before excretion. Urea is less toxic than ammonia and requires less water for removal from the body. Many amphibians that move from aquatic to terrestrial habitats excrete ammonia primarily as tadpoles but excrete mostly urea as adults on land.

Uricotelic organisms, including reptiles, birds, and many insects, convert ammonia into uric acid before excretion. Uric acid is not water-soluble and is excreted as a paste or powder, using very little water. Uric acid is even less toxic than urea. However, converting ammonia into uric acid requires even more energy than conversion into urea.

These different excretory strategies allow animals to meet the unique water and energy demands of their environments.

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]