у каких животных мочевина
Аммиак, ТМАО, мочевина, мочевая кислота
Неожиданно начнем с диабета. Кроме хорошо известного в народе сахарного диабета, связанного с нарушением обмена глюкозы, существует еще несахарный диабет – его причиной является недостаточное выделение гипофизом гормона вазопрессина, отвечающего за обратное всасывание воды в почках. Количество мочи, выделяемое в день больными несахарным диабетом, достигает 5-15 литров (при норме 1,5-2 л). Следовательно, такой человек должен выпивать в день 5-15 л воды – т.е. постоянно сидеть рядом с краном и пить. В книгах пишут, что у таких больных нарушается сон и возникает эмоциональная неуравновешенность – а еще бы она не возникла! (Эта информация должна была подтолкнуть вас к простой мысли: тяжело нам, сухопутным животным, все время пúсать – для этого надо все время пить.)
Это не является проблемой для пресноводных рыб и личинок земноводных. Им даже не надо пить – вода и так сама заходит в их организмы за счет осмоса, ее остается только выписать. Таким образом, пресноводные рыбы и головастики постоянно выделяют очень большое количество очень разбавленной мочи, содержащей аммиак.
Детский вывод: любой пресный водоем полностью состоит из рыбьей мочи. Учительский ответ: вряд ли вам удастся найти на планете хоть один атом кислорода, который ни разу за миллионолетнюю историю земной жизни не был ничьей мочой.
Известно, что люди, потерпевшие кораблекрушение, погибают от жажды прямо посередине океана: человек не может пить морскую воду. Почему? – Потому что морская вода более концентрирована, чем человеческая моча. Человек, пьющий морскую воду, будет получать больше солей, чем выделять, и погибнет от пересоления организма.
«Французский врач А.Бомбар проделал смелый эксперимент, чтобы доказать: все необходимое для жизни человека в океане есть, и потерпевшие кораблекрушение могут остаться живы. Для этого он отправился через Атлантический океан в небольшой резиновой лодочке, питаясь пойманной по дороге рыбой. Вместо воды он пил жидкость, выжимаемую из тела рыб (она содержит очень немного солей). Бомбару удалось за 65 дней пересечь океан, проделав путь из Европы в Америку. И хотя подобный способ питания значительно подорвал здоровье ученого, он доказал возможность жизни человека в океане»*.
Как удается морским рыбам иметь внутри себя небольшую концентрацию солей? – Лишние соли, которые поступают в их организм с морской водой, выводятся наружу через жабры (почки при этом отдыхают: количество мочи и содержание в ней солей у морских рыб небольшое). Чтобы не перегружать жабры-опреснители лишней работой, морским рыбам желательно поменьше пить – следовательно, поменьше писать. А для этого нужно сделать выделяемое с мочой вещество не очень ядовитым, чтобы его можно было концентрировать. – Пожалуйста: морские костистые рыбы превращают аммиак в не очень ядовитый триметиламиноксид (ТМАО). В ГСТ** написано, что именно это вещество придает рыбам характерный «запах рыбы».
У нас с вами (у млекопитающих и взрослых земноводных) в печени из углекислого газа и аммиака делается не очень ядовитая мочевина. В стремлении тратить как можно меньше воды наш организм концентрирует мочу до упора: возможно, вы знаете о её «едучих» свойствах. (Знающие люди советуют: если у вас нет ни йода, ни зеленки, ни спирта, ни перекиси водорода, но нужно срочно обработать рану – помочитесь на нее, действие будет примерно таким же.)
В лихие девяностые в рекламе жвачек гордо сообщалось, что они «содержат ксилит и карбамид». Потом случилось страшное: какой-то студент неожиданно проснулся на лекции по органической химии и услышал, что «карбамид» по-русски называется «мочевина». Получается, что жвачки «содержат ксилит и мочевину»?! Как-то это не звучит, и мочевину из жвачек убрали. Но разрешение использовать пищевую добавку E927b при производстве продуктов питания на территории России – оставили. – А что такого, совершенно безопасное вещество, содержится в нашей собственной крови. (Сама по себе мочевина – белый порошок без вкуса и запаха. Несвежая моча пахнет аммиаком, который образуется из мочевины под действием бактерий.)
И возвращаемся на три абзаца назад: зачем морские рыбы имеют внутреннюю среду, более пресную, чем окружающая морская вода – им что, других проблем мало? Ведь остальные морские жители живут спокойно – большинство беспозвоночных имеет такую же концентрацию, как и окружающая морская вода. А позвоночные-акулы даже перевыполнили план: за счет растворенных в их крови мочевины и ТМАО они стали более концентрированными, чем море, и осмотически всасывают воду – как будто в речке живут. (Акул, прежде чем есть, долго вымачивают в воде – чтобы котлета не пахла мочой.) Ответ: не зачем, а почему. Группа современных костистых рыб сформировалась в пресных водоемах, где было выгодно быть не очень солеными, и только потом перебралась назад в моря.
Если идти до конца, то можно превратить выделяемое вещество в нерастворимое и неядовитое – тогда его можно, собственно, и не выделять, а оставить внутри тела. Но понятно, что затраты на это превращение будут очень велики, зачем же так напрягаться?
Первая причина – сильный дефицит воды, вторая – полная невозможность ее выделять. Так жестоко жизнь пошутила над наземными организмами, которые развиваются в герметичном яйце (птицы, пресмыкающиеся и насекомые). Продукт своего обмена им приходится складывать здесь же, внутри яйца, поэтому он должен быть нерастворимым и неядовитым – знакомьтесь, это мочевая кислота. Она остается главным продуктом выделения птиц, пресмыкающихся и насекомых и после их вылупления из яйца – это, кстати, позволяет им при выделении обходиться небольшим количеством воды.
Мочевая кислота в небольших количествах образуется и в нашем организме – из пуриновых оснований – аденина и гуанина, которые входят в состав ДНК, РНК и АТФ.*** Особенно много пуриновых оснований содержится в мясе и рыбе. Иван Андреевич Крылов, известный баснописец и обжора, как и положено тогдашним аристократам, питался почти исключительно мясом (жареные поросята, запеченные рябчики, тушеные перепела. фаршированные осетры. сушеные кабаны. ) Могучий организм Ивана Андреевича не смог справиться с выделением такого большого количества мочевой кислоты, и ему пришлось откладывать ее в виде кристаллов в суставах (подагра) и в виде камней в почках и мочевом пузыре. (Эта информация должна была подтолкнуть вас к простой мысли: безвредность любого соединения имеет свои границы, при желании можно насмерть отравиться совершенно чистой водой).
===============
*Сергеев Б.Ф. Занимательная физиология. Книга для чтения. Москва, Просвещение, 2001
** Грин Н., Стаут У., Тейлор Д. Биология. В трех томах. Москва, Мир,1993.
*** Мочевая кислота является конечным продуктом обмена пуринов только у приматов, а у всех нормальных млекопитающих она окисляется дальше – до аллантоина.
Задания части 2 ЕГЭ по теме «Разные вопросы по зоологии»
1. Известно, что медоносная пчела принадлежит к общественным насекомым. Как распределяются обязанности между особями пчелиной семьи?
Рабочие пчелы (бесплодные самки) чистят гнездо, кормят личинок, строят соты, собирают нектар.
Трутни (самцы) оплодотворяют матку.
Матка (плодная самка) откладывает яйца.
2. Виды, адаптируясь к среде в процессе эволюции, могут использовать одну из двух возможных стратегий приспособления: при r-стратегии организмы стремятся к максимально возможной скорости роста численности, а при К-стратегии, наоборот, размножаются медленно. Классическими К-стратегами являются слоны. За счёт каких особенностей размножения и поведения им удаётся поддерживать постоянную численность и избегать вымирания? Ответ аргументируйте.
1) Малое количество детенышей в помете (обычно один детеныш);
2) Небольшое количество потомков снижает между ними конкуренцию за ресурсы;
3) Длительная беременность;
4) При длительном вынашивании детеныши рождаются хорошо сформированными (адаптированными к условиям среды);
5) Забота о потомстве;
6) Защита детенышей родителями и забота о них обеспечивают высокую выживаемость потомства.
3. Малярия – заболевание человека, в результате которого развивается малокровие. Кем оно вызывается? Объясните причину малокровия.
Малярия вызывается малярийным плазмодием. Переносчик плазмодия – комар. Заражённый комар кусает человека, возбудитель малярии проникает в кровь человека и начинает активно размножаться в эритроцитах, разрушая их. Снижение содержания эритроцитов в крови и есть одна из причин малокровия.
4. Назовите класс, к которому относят изображённое на фотографиях животное, и признаки внешнего строения, по которым это можно определить. Какие приспособления во внешнем строении сформировались у него в связи с обитанием в водной среде? В результате какого эволюционного процесса эти органы сформировались?
1) класс Млекопитающие, признаки: дифференциация зубов (выступающие верхние клыки), усы (вибриссы);
2) приспособления: обтекаемая форма тела; конечности, превращенные в ласты;
3) органы сформировались в результате дивергенции признаков (идиоадаптации)
5. Объясните, почему животные, ведущие сидячий или малоподвижный образ жизни, обитают в основном в водной среде. Приведите не менее двух примеров таких животных.
1) они получают пищу с током воды путем фильтрации;
2) они имеют в постоянном доступе воду, необходимую для обеспечения обмена веществ в организме (для обеспечения физиологических процессов);
3) водная среда способствует оплодотворению (переносу гамет) и расселению организмов;
4) примеры животных: кишечнополостные (полипы), двустворчатые моллюски (мидии, беззубки, устрицы), хордовые (асцидии)
6. У трески, щуки и многих других рыб количество выметываемых икринок исчисляется миллионами. Вместе с тем имеются рыбы, которые мечут несколько сотен или десятков икринок. Объясните, почему существуют в природе те и другие рыбы.
1) самки рыб, как правило, выметывают большое количество икры в воду, и она там оплодотворяется, оплодотворение внешнее;
2) приспособленность к выживанию при внешнем оплодотворении – большое количество икры;
3) у рыб с небольшой плодовитостью хорошо развита забота о потомстве, в противном случае они не смогли бы существовать
7. Одна самка обыкновенной щуки откладывает 10 миллионов икринок. Объясните, почему численность этого вида не возрастает в водоемах беспредельно.
1) при наружном оплодотворении в воде не все икринки бывают оплодотворены;
2) абиотические и биотические факторы вызывают массовую гибель икринок и мальков.
8. Грызуны – самый крупный по числу видов и широте распространения отряд млекопитающих. Что способствует процветанию грызунов в природе? Приведите не менее трех причин.
1) обилие растительной пищи, которой они питаются
2) высокая плодовитость и быстрая смена поколений
3) приспособленность к различному образу жизни: наземному, древесному, полуводному
9. Почему малярия распространена в заболоченных районах? Кто является возбудителем этого заболевания?
1) возбудителей малярии переносят малярийные комары, развитие которых от яйца до взрослого насекомого происходит в воде;
2) возбудителем малярии является простейшее – малярийный плазмодий.
10. Рассмотрите предложенную схему. Запишите в ответе пропущенный термин, обозначенный на схеме знаком вопроса.
11. Зачем человек разводит в специальных лабораториях небольших насекомых из отряда перепончатокрылых – яйцеедов и наездников?
1) Эти хищные насекомые откладывают свои яйца в яйца и личинки насекомых-вредителей.
2) Этим они сокращают численность насекомых-вредителей сельского хозяйства.
12. Какое значение имеют пчелы в природе и жизни человека?
13. Какие приспособления во внешнем строении, сформированные в процессе эволюции, обеспечивают водный образ жизни у гусеобразных птиц? Приведите не менее пяти особенностей и объясните значение каждой из них.
1) широкий клюв обеспечивает вылавливание из воды пищи;
2) плавательные перепонки на ногах обеспечивают быстрое плавание;
3) короткие ноги способствуют быстрому движению в воде;
4) водоотталкивающее свойство оперения за счет секрета копчиковой железы препятствует намоканию тела;
5) длинная шея обеспечивает вылавливание из воды пищи;
6) тело имеет форму плоскодонной лодки (центр тяжести смещён к заднему отделу тела) для увеличения плавучести
14. Известно, что мамонты имели уши небольшого размера. Современные слоны имеют уши гораздо крупнее. Как с физиологической точки зрения объяснить подобные различия в строении ушных раковин у названных видов хоботных? Ответ поясните.
1) большой размер ушных раковин увеличивает теплоотдачу;
2) мамонты жили в холодном климате;
3) большая теплоотдача была для мамонтов опасна;
4) слоны живут в жарком климате;
5) перегрев для слонов опасен
15. Животные неспособны синтезировать ферменты, расщепляющие целлюлозу (клетчатку). Как происходит переваривание растительной пищи у травоядных млекопитающих? Как это отразилось на строении их пищеварительной системы? Ответ поясните.
1) переваривание целлюлозы (клетчатки) обеспечивают симбиотические организмы (бактерии, простейшие);
2) эти организмы обитают в пищеварительном тракте;
3) желудок у этих животных имеет несколько камер (сложное строение);
4) кишечник у них длинный;
5) процесс пищеварения в желудочно-кишечном тракте более продолжительный;
6) слепая кишка хорошо развита (длинная);
7) слепая кишка является резервуаром для размножения симбиотических бактерий
16. Виды, адаптируясь к среде в процессе эволюции, могут использовать одну из двух возможных стратегий для поддержания численности вида: при r-стратегии организмы имеют высокую скорость размножения, а при К-стратегии, наоборот, размножаются медленно. Классическими r-стратегами являются кролики. За счет каких особенностей размножения они достигают большого прироста численности за короткий промежуток времени? В каких условиях среды (стабильных или переменчивых) такая стратегия наиболее выгодна? Объясните почему.
1) большое число детенышей в помёте (высокая плодовитость);
2) несколько помётов за один сезон (частое размножение);
3) ранняя половозрелость;
4) в нестабильных (переменчивых) условиях среды;
5) благодаря большой численности (быстрой смене поколений) часть особей сможет подстроиться под новые условия среды
17. У животных к конечным продуктам обмена веществ наряду с углекислым газом и водой относится ядовитый аммиак или гораздо менее токсичная мочевина, в которую превращается аммиак. Конечными продуктами обмена каких веществ являются аммиак и мочевина? Почему для личинок амфибий (головастиков) характерно выделение аммиака, тогда как у взрослых жаб и лягушек выводится мочевина?
1) аммиак и мочевина – продукты обмена белков (аминокислот);
2) аммиак и мочевина – продукты обмена нуклеиновых кислот (азотистых оснований);
3) головастики живут в воде, взрослые амфибии значительную часть времени проводят на суше;
4) постоянное поглощение легко доступной воды позволяет головастикам активно выводить ядовитый аммиак;
5) взрослые амфибии из-за длительного пребывания на суше поглощают меньше воды, поэтому образуют менее токсичную мочевину
18. Назовите организм, вызывающий заболевание малярией у человека. Как происходит заражение человека? Объясните, почему использование непродуманных оросительных систем может привести к росту заболеваемости малярией.
1) заболевание вызывает малярийный плазмодий;
2) переносчиками плазмодия являются малярийные комары;
3) при укусе человека комаром плазмодий попадает в кровоток человека;
4) личинки комара развиваются в воде;
5) непродуманные оросительные системы могут привести к заболачиванию и, следовательно, к росту популяции комаров
19. Все представленные на рисунках 1–4 объекты относятся к одной стадии жизненных циклов животных. Как называют эту стадию?
Дидактический материал Продукты выделения животных
Ищем педагогов в команду «Инфоурок»
Наземные животные ограничены в воде: чтобы избежать накопления аммиака в тканях и жидкостях тела, они должны преобразовать его в конечные продукты, нетоксичные для организма. Наземные ресничные черви, земноводные, млекопитающие выделяют мочевину.
Водно-солевой обмен рыб
Почки рыб выводят аммиак, соли, воду; почки наземных позвоночных — мочевину, мочевую кислоту, соли, воду. Выделительная система рыб служит для выведения из организма продуктов обмена и обеспечения его водно-солевого состава. Она включает:
Основную массу туловищной почки заполняют нефроны. Нефрон состоит из:
1) мальпигиева тельца (клубочек капиллярных сосудов, заключенный в боуменову капсулу);
2) выделительного канальца.
Выделение продуктов распада тесно связано с водно-солевым обменом рыб. У морских и пресноводных рыб эти процессы протекают различно.
Морские хрящевые рыбы живут в изотоничной среде (т.е. осмотическое давление крови и тканевых жидкостей равно давлению окружающей среды). У них изотоничность внутренней и внешней среды обеспечивается за счет удержания в крови и тканевых жидкостях мочевины и солей (концентрация мочевины в крови у них достигает 2,6%). Через почки наружу у них выводятся лишь излишки мочевины, солей и воды, количество выделяемой мочи невелико (2-50 мл на 1 кг массы тела в сутки). У морских хрящевых рыб для выведения избытка солей сформировалась особая ректальная железа, открывающаяся в прямую кишку.
Все пресноводные рыбы живут в гипотонической среде (т.е. осмотическое давление крови и тканевых жидкостей выше, чем в окружающей среде), поэтому вода постоянно проникает в организм через кожу, жабры, с пищей. Чтобы избежать обводнения пресноводные рыбы имеют хорошо развитый фильтрационный аппарат почек, что позволяет им выделять большое количество мочи (50-300 л на 1 кг массы тела в сутки). Потеря солей с мочой компенсируется активной их реабсорбцией в почечных канальцах и поглощением солей жабрами из воды, часть солей поступает с пищей.
Морские костистые рыбы живут в гипертонической среде (т.е. осмотическое давление крови и тканевых жидкостей ниже, чем в окружающей среде), поэтому вода выходит из организма через кожу, жабры, с мочой и фекалиями. Во избежание иссушения они пьют соленую воду (от 40 до 200 мл на 1 кг массы в сутки), которая из кишечника всасывается в кровь. У морских костистых рыб уменьшается число клубочков в почках, а у некоторых рыб исчезают совсем (морская игла, морской черт). Таким образом, почки выводят небольшое количество мочи (0,5—20 мл на 1 кг массы тела в сутки).
Адаптации наземных животных к выделению веществ
According to New World Encyclopedia, reptiles use two small kidneys as tools for excretion. The kidneys serve to filter the nitrogen from the animal’s bloodstream, then turn it into waste. The nitrogen then exits the body in dry form as uric acid crystals along with the feces. According to Stanford University, the kidneys in a bird also function as a means to remove nitrogen from the blood. The white substance found in bird droppings is actually uric acid, which is not water soluble. In both reptiles and birds, eliminating the nitrogen requires that the body exerts a great deal of energy. Both species are able to efficiently remove the nitrogen while losing very little water in the waste product.
Coping with water loss is a particular problem for animals that live in dry conditions. Some, like the camel, have developed great tolerance for dehydration. For example, under some conditions, camels can withstand the loss of one third of their body mass as water. They can also survive wide daily changes in temperature. This means they do not have to use large quantities of water in sweat to cool the body by evaporation.Smaller animals are more able than large ones to avoid extremes of temperature or dry conditions by resting in sheltered more humid situations during the day and being active only at night.The kangaroo rat is able to survive without access to any drinking water at all because it does not sweat and produces extremely concentrated urine. Water from its food and from chemical processes is sufficient to supply all its requirements.
Какой из нефронов принадлежит верблюду, а какой – рептилии? Почему вы сделали такой выбор?
Marine fish like the sharks and dogfish have body fluids that have the same concentration of dissolved substances as the water ( isotonic ) have little problem with water balance. However, marine bony fish like red cod, snapper and sole, have body fluids with a lower concentration of dissolved substances than seawater (they are hypotonic to seawater). This means that water tends to flow out of their bodies by osmosis. To make up this fluid loss they drink seawater and get rid of the excess salt by excreting it from the gills.
Marine birds that eat marine fish take in large quantities of salt and some only have access to seawater for drinking. Bird’s kidneys are unable to produce very concentrated urine, so they have developed a salt gland. This excretes a concentrated salt solution into the nose to get rid of the excess salt.
2. Using the words/phrases in the list below fill in the blanks in the following statements.
| cortex | amino acids | renal | glucose | water reabsorption | large proteins |
| bowman’s capsule | diabetes mellitus | secreted | antidiuretic hormone (ADH) | blood cells |
| glomerulus | concentration of the urine | medulla | nephron |
b) When cut across the kidney is seen to consist of two regions, the outer. and the inner.
c) Another word for the kidney tubule is the.
d) Filtration of the blood occurs in the.
e) The filtered fluid (filtrate) enters the.
f) The filtrate entering the e) above is similar to blood but does not contain. or.
g) As the fluid passes along the first coiled part of the kidney tubule. and. are removed.
h) The main function of the loop of Henle is.
i) Hydrogen and potassium ions are. into the second coiled part of the tubule.
j) The main function of the collecting tube is.
k) The hormone. is responsible for controlling water reabsorption in the collecting tube.
l) When the pancreas secretes inadequate amounts of the hormone insulin the condition known as. results. This is most easily diagnosed by testing for. in the urine.
МОЧЕВИНА У ПОЗВОНОЧНЫХ
Позвоночные животные, выделяющие главным образом мочевину и обладающие для ее синтеза ферментами орнитинового цикла, представлены на рис. 10.14. Некоторое количество мочевины выделяют костистые рыбы, а у пластиножаберных, амфибий и млекопитающих это главный азотистый экскрет.
важную роль в осморегуляции и поэтому является ценным продуктом обмена. У пластиножаберных мочевина фильтруется в почечном клубочке, но ввиду ее значения для осморегуляции она не должна теряться с мочой; поэтому она возвращается в результате активной реабсорбции в канальцах. У амфибий дело обстоит ина-
че. Мочевина фильтруется, и, кроме того, значительное количество ее добавляется к моче путем активной секреции в канальцах. Таким образом, и у пластиножаберных, и у амфибий имеет место активный канальцевый транспорт мочевины, но он идет у этих групп в разных направлениях. Очевидно, насосные механизмы здесь метаболически не идентичны, поскольку опыты с рядом близких друг к другу производных мочевины дают в обеих группах животных различные результаты (табл. 10.5). Это превосходный пример того, как одна и та же физиологическая функция возникает в двух группах независимо, причем для достижения одной и той же цели (в данном случае для активного транспорта мочевины) не обязательно используются одинаковые механизмы.
У крабоядной лягушки, которая тоже сохраняет мочевину для осморегуляции, активной реабсорбции этого вещества в каналь
цах не обнаружено (Schmidt-Nielsen, Lee, 1962). Моча образуется у нее медленно, и почечные канальцы весьма проницаемы дл» мочевины.
Рис. 10.14. Выделение азота на разных этапах филогенеза позвоночных. Линиями окружены группы животных, которые выделяют соответственно аммиак, мочеви- ну?^) мочевую кислоту в качестве основного экскрета. (В. Schmidt-Nielsen,
кости обратно в кровь и оказывается в моче приблизительно в. той же концентрации, что и в крови. Таким образом, лишь небольшие количества ее теряются с мочой.
Если у обычных лягушек происходит активная канальцевая) секреция мочевины, то почему крабоядная лягушка не использу-
Мочевина активно транспортируется почечным канальцем акулы (активная реабсорбция) и лягушки (активная секреция). Но с тремя другими близкими веществами результаты получаются у этих двух видов животных совершенно различными. Это говорит о том, что клеточный механизм транспорта в их почках различен. (В. Schmidt-Nielsen, Rabinovitz, 1964)