Начало > Эко новости > Черепаха трионикс выводит мочевину через рот, а не через почки
Черепаха трионикс выводит мочевину через рот, а не через почки
Китайский трионикс, или Pelodiscus (Trionix) sinenesis, - одна из самых известных мягкотелых черепах, широко распространенная в Азии, в том числе на юге Дальнего Востока. Этот вид черепах нередко держат в акватеррариумах, так как содержать его легко и в то же время у него много необычных черт. Особенно примечательны длинная шея и вытянутое в длинный мягкий хоботок окончание морды, на конце которого открываются ноздри. Ротовые края челюстей прикрыты толстыми кожистыми складками - "губами". Китайский трионикс населяет реки и озера с медленным течением, в том числе солоноватые болота. Черепаха нередко вылезает на поверхность, но также может надолго зарываться в сырой песок или уходить под воду.
Тот факт, что черепаха может подолгу оставаться под водой, давно привлекал внимание биологов. Еще в конце XIX века на слизистой ротовой полости трионикса были открыты многочисленные пучки папилл, которым приписали функцию дополнительных органов дыхания. Позже было обнаружено, что эти папиллы пронизаны капиллярами и содержат клетки с большим количеством митохондрий, что подтверждало их дыхательную функцию. Долгое нахождение под водой приводит у трионикса к так называемому апноэ - остановке дыхательных движений. Вместо того чтобы дышать легкими, черепаха набирает воду в пасть и выплевывает ее обратно, таким образом омывая папиллы водой и извлекая из нее кислород.
В то же время некоторое поведение трионикса не находило объяснений. Например, было замечено, что черепахи часто опускают голову в лужи с водой, оставаясь при этом на суше, и производят вышеописанные ритмические глоточные движения. Если функция таких движений - дыхательная, зачем это делать на суше, если можно дышать обычным способом?
У трионикса азот выделяется на 70% в виде мочевины, и в этом смысле данная черепаха не сильно отличается от нас с вами. Но исследователей озадачивало, как трионикс справляется с выделением мочевины через почки, учитывая тот факт, что он часто населяет солоноватые водоемы. Чтобы выделять мочевину через почки, надо часто пить, а если пить соленую воду, возникают проблемы. Например, в этом случае сильно повышается концентрация ионов натрия и хлора в плазме крови, а почки трионикса не способны активно захватывать эти ионы против градиента концентрации и продуцировать гиперосмотическую мочу.
Группа сингапурских исследователей из Национального университета Сингапура и Наньянского технологического университета недавно провела комплексное исследование на триониксах, в котором проверялась выделительная функция папилл ротовой полости. Работа состояла из нескольких этапов. На первом этапе у триониксов собирали мочу, прикрепляя специальный пластиковый мешок вокруг хвоста рядом с отверстием клоаки и погружая черепах в аквариум на 6 дней. Образцы жидкости собирали каждый день и из мешка и просто из аквариума, и проводили анализ концентрации аммиака и мочевины в собранной жидкости. Оказалось, что в моче было всего 6% экскретируемой мочевины, а аммиак преобладал. Напротив, в окружающей воде было гораздо больше мочевины, чем аммиака.
На следующем этапе черепах удерживали на суше, на специальной платформе, и ставили перед ними плошку с водой, куда черепахи могли погружать голову. Кроме того, под хвост ставили такую же плошку для сбора мочи. Анализ воды, в которую черепахи погружали голову, и анализ мочи проводился каждый день в течение 6 дней. Что же получилось? Экскреция мочевины через рот была достоверно выше, чем через клоаку. Напротив, экскреция аммиака через рот и через клоаку оказалась сравнима. Авторы утверждают, что черепахи погружали голову в воду на довольно длительные периоды - от 20 до 100 минут - и в это время они периодически захватывали воду ртом и выплевывали ее. Понятно, что погружение головы в воду на такой длительный период ведет к апноэ, и трионикс должен переходить в этот период к щечно-глоточному дыханию. Поэтому в плошке с водой измеряли концентрацию кислорода. Предполагалось, что когда трионикс выплевывает воду, концентрация кислорода должна снижаться, а концентрация мочевины - повышаться. Именно так и оказалось. Увеличение концентрации мочевины в воде происходит именно тогда, когда уменьшается концентрация кислорода.
Следующий этап работы заключался в анализе слюны трионикса. Залезть в рот живой черепахе довольно трудно по причине всем известной агрессивности этих существ. Поэтому животных усыпляли. За три часа до усыпления животным кололи разные вещества: одной группе делали инъекции хлорида аммония (нашатыря), другой - мочевины и третьей - физиологического раствора (водного раствора хлорида натрия, по-простому - поваренной соли). У анестезированных черепах брали мазки из разных областей ротовой полости - с верхней челюсти ближе к ноздрям, с верхней челюсти ближе к пищеводу и с нижней челюсти. Кроме того, у черепах брали анализ крови.
У тех черепах, которым кололи раствор поваренной соли, высокие концентрации мочевины были обнаружены в слюне, но не в плазме крови. Инъекция хлористого аммония не вызвала повышения концентрации мочевины в слюне, но инъекция мочевины привела к сильному повышению ее концентрации в слюне, и незначительному - в плазме крови. О чем это говорит? Это свидетельствует о том, что эпителий щечно-глоточной области способен к активному транспорту мочевины, к такому же, который описан для почечных канальцев. В этом процессе задействованы особые белки - переносчики мочевины (Urea transporter, сокращенно UT), которые помогают переносить молекулы мочевины через клеточную мембрану. У млекопитающих эти белки экспрессируются в почках, у других позвоночных - еще и в мочевом пузыре и (для обладателей жабр) в жабрах. Как правило, у каждого вида существует несколько разновидностей этого белка, каждая из которых представлена несколькими изоформами.
Авторы предположили, что транспортом мочевины в щечно-глоточном эпителии трионикса также занимается UT-белок. Им удалось выделить этот белок и сравнить его последовательность с последовательностями UT-белков (выделенных в основном из почечной ткани) у других животных. На филогенетическом дереве видно, что по этому белку трионикс ближе всего к красноухой пресноводной черепахе Trachemys scripta elegans; сходство же данного белка трионикса с человеческим и мышиным UT-белком составляет примерно 70%.
Итак, авторы достаточно убедительно продемонстрировали, что трионикс использует столь необычный для высших позвоночных способ выведения мочевины из организма.
Ответ на вопрос, какое преимущество такой способ выделения дает, достаточно очевиден, и мы его уже частично обсуждали. Такая система выделения не требует питья большого количества воды, поэтому триониксы приспособились к жизни в солоноватых водоемах и даже встречаются в море. Освоение водных пространств с повышенной соленостью дает возможность получить больше доступа к пищевым ресурсам и снизить конкуренцию в пресноводных водоемах, обильно населенных другими видами водных черепах.
Авторы усматривают сходство между щечно-глоточным выделением мочевины у трионикса и способностью некоторых млекопитающих, например летучих мышей или жвачных, секретировать мочевину в слюну. У жвачных мочевина облегчает процесс ферментации в первом отделе желудка, который называется "рубец". Таким образом, выделение мочевины в щечно-глоточной полости - не уникальное приобретение триониксов. Но какова была первичная функция у такого выделения мочевины, остается неясным. Авторы данной статьи считают, что у трионикса его ротовые папиллы исходно работали как органы выделения, а уж потом стали использоваться и для дыхания. Но это гипотеза, и ее еще надо проверять.
Источник: Yuen K. Ip, Ai M. Loong, Serene M. L. Lee, Jasmine L. Y. Ong, Wai P. Wong, Shit F. Chew. The Chinese soft-shelled turtle, Pelodiscus sinensis, excretes urea mainly through the mouth instead of the kidney // Journal of Experimental Biology. 2012. V. 215. P. 3723-3733.