Ученые из Сингапура обнаружили удивительный способ выведения мочевины у одной из самых известных мягкотелых черепах — китайского трионикса. Оказалось, что мочевина выводится папиллами, которые расположены у черепахи во рту. Трионикс набирает воду в пасть и выплевывает ее, тем самым смывая мочевину. Одновременно он может и дышать, так как эти папиллы несут еще и дыхательную функцию.
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 (см. осмос) 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.
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.
yaplakal.com