Die Schildkröte Trionix entfernt Harnstoff durch den Mund und nicht durch die Nieren • Barbara Vedenina • Science News auf "Elemente" • Physiologie, Zoologie

Trionix Schildkröte entfernt Harnstoff durch den Mund, nicht durch die Nieren.

Leiter des chinesischen Trionix Pelodiscus Sinese. Bild von turtlesandmorethrotes.blogspot.ca

Wissenschaftler aus Singapur haben eine erstaunliche Methode der Harnstoffausscheidung bei einer der berühmtesten Weichschildkröten – dem chinesischen Trionix – entdeckt. Es stellte sich heraus, dass Harnstoff durch Papillen, die in der Nähe der Schildkröte im Mund liegt, ausgeschieden wird. Trionix zieht Wasser in den Mund und spuckt es aus, wodurch der Harnstoff weggespült wird. Gleichzeitig kann es auch atmen, da diese Papillen auch die Atmungsfunktion tragen.

Chinesischer Trionix, oder Pelodiscus (Trionix) -Sinese, – eine der bekanntesten Weichschildkröten, die in Asien verbreitet ist, einschließlich im Süden des Fernen Ostens. Diese Schildkrötenart wird oft in Aquaterrarien gehalten, da sie leicht zu pflegen ist und gleichzeitig viele ungewöhnliche Merkmale aufweist. Besonders bemerkenswert sind der lange Hals und das Ende der Schnauze, die zu einem langen, weichen Saugrüssel verlängert ist, an dessen Ende sich die Nasenlöcher öffnen. Die Mundkanten der Kiefer sind mit dicken ledrigen Falten – "Lippen" bedeckt. Chinesischer Trionyx bewohnt sich langsam bewegende Flüsse und Seen, einschließlich Brackwassersümpfen. Die Schildkröte klettert oft an die Oberfläche, kann sich aber auch lange im nassen Sand vergraben oder unter Wasser gehen.

Die Tatsache, dass die Schildkröte lange unter Wasser bleiben kann, hat die Aufmerksamkeit der Biologen schon lange auf sich gezogen. Ende des 19. Jahrhunderts wurden auf der Mundschleimhaut des Trionix zahlreiche Papillenbündel entdeckt, die der Funktion zusätzlicher Atmungsorgane zugeschrieben wurden. Später wurde entdeckt, dass diese Papillen von Kapillaren durchdrungen werden und Zellen mit einer großen Anzahl von Mitochondrien enthalten, die ihre respiratorische Funktion bestätigten. Ein langer Aufenthalt unter Wasser in Trionix führt zum sogenannten Apnoe – Stopp der Atembewegungen. Anstatt mit der Lunge zu atmen, nimmt die Schildkröte Wasser in den Mund und spuckt es zurück, was die Papille mit Wasser wäscht und Sauerstoff abzieht.

Zur gleichen Zeit hat etwas Verhalten des trionix keine Erklärung gefunden. Zum Beispiel wurde beobachtet, dass Schildkröten oft ihre Köpfe in Wasserpfützen tauchen, während sie an Land bleiben und die oben beschriebenen rhythmischen Pharynxbewegungen erzeugen. Wenn die Funktion solcher Bewegungen respiratorisch ist, warum an Land, wenn Sie auf die übliche Weise atmen können?

Bei Trionix wird Stickstoff zu 70% in Form von Harnstoff freigesetzt, und in diesem Sinne unterscheidet sich diese Schildkröte nicht sehr von uns.Aber die Forscher waren verwirrt darüber, wie trionix die Freisetzung von Harnstoff durch die Nieren bewältigt, da es oft in Brackwasserteichen lebt. Um Harnstoff durch die Nieren auszuscheiden, muss man häufig trinken, und wenn man Salzwasser trinkt, treten Probleme auf. Zum Beispiel ist in diesem Fall die Konzentration von Natriumionen und Chlor im Blutplasma stark erhöht, und die Nieren von Trionix sind nicht in der Lage, diese Ionen aktiv gegen den Konzentrationsgradienten einzufangen und hyperosmotischen (siehe Osmose) Urin zu erzeugen.

Eine Gruppe singapurischer Forscher der National University of Singapore und der Nanyang Technological University hat kürzlich eine umfassende Studie über die Trionik durchgeführt, bei der die Ausscheidungsfunktion der Papillen der Mundhöhle getestet wurde. Die Arbeit bestand aus mehreren Phasen. In der ersten Phase wurde Urin von den Trionikern gesammelt, indem ein spezieller Plastikbeutel um den Schwanz neben dem Belüftungsloch angebracht wurde und die Schildkröten 6 Tage lang im Aquarium eingetaucht wurden. Fluidproben wurden jeden Tag aus dem Beutel und einfach aus dem Aquarium gesammelt und die Konzentration von Ammoniak und Harnstoff in der gesammelten Flüssigkeit wurde analysiert. Es stellte sich heraus, dass nur 6% des ausgeschiedenen Harnstoffs im Urin waren und Ammoniak vorherrschte.Im umgebenden Wasser war dagegen viel mehr Harnstoff als Ammoniak.

Im nächsten Schritt wurden die Schildkröten auf einer speziellen Plattform an Land gehalten und ihnen wurde eine Schale mit Wasser vorgesetzt, wo die Schildkröten ihre Köpfe eintauchen konnten. Zusätzlich wurde die gleiche Urinsammelschale unter den Schwanz gelegt. Analyse des Wassers, in das die Schildkröten ihren Kopf eintauchen, und Urinanalyse wurde jeden Tag für 6 Tage durchgeführt. Was ist passiert? Die Harnstoffausscheidung über den Mund war signifikant höher als durch die Kloake. Im Gegenteil, die Ausscheidung von Ammoniak durch den Mund und durch die Kloake war vergleichbar. Die Autoren behaupten, dass die Schildkröten ihre Köpfe für ziemlich lange Zeit – von 20 bis 100 Minuten – in Wasser getaucht haben und zu dieser Zeit regelmäßig Wasser mit dem Mund ergriffen und ausgespuckt haben. Es ist klar, dass das Eintauchen des Kopfes in Wasser über einen so langen Zeitraum zu Apnoe führt, und während dieser Zeit muss der Trionyx zur wangen-pharyngealen Atmung übergehen. Daher wurde die Konzentration von Sauerstoff in einer Schale mit Wasser gemessen. Es wurde angenommen, dass, wenn der Trionix Wasser ausspuckt, die Sauerstoffkonzentration abnehmen sollte und die Harnstoffkonzentration ansteigen sollte. Es stellte sich so heraus. In Abb. In Fig. 1 ist zu sehen, dass eine Erhöhung der Konzentration von Harnstoff in Wasser genau dann auftritt, wenn die Konzentration von Sauerstoff abnimmt.

Abb. 1. Wenn trionix den Kopf in Wasser taucht, sinkt die Sauerstoffmenge in diesem Wasser (siehe Minima in den Graphen), und unmittelbar danach steigt der Harnstoffpegel (gemessen am Stickstoffniveau und markiert über den Graphen mit Pfeilen). Die Messungen wurden an drei Schildkröten durchgeführt. Die Wassermenge betrug jeweils 100 ml. Bild aus dem Artikel in der Diskussion Zeitschrift für Experimentelle Biologie

Die nächste Stufe der Arbeit bestand in der Analyse von Speichel des Trionix. Aufgrund der bekannten Aggressivität dieser Kreaturen ist es schwierig, in den Mund einer lebenden Schildkröte zu gelangen. Daher wurden die Tiere eingeschläfert. Drei Stunden bevor die Tiere eingeschläfert wurden, wurden verschiedene Substanzen gestochen: eine Gruppe wurde mit Ammoniumchlorid (Ammoniak), die andere mit Harnstoff und die dritte mit physiologischer Kochsalzlösung (0,9% ige wßrige Natriumchloridlösung, einfach Natriumchlorid) injiziert. Bei narkotisierten Schildkröten wurden Tupfer aus verschiedenen Bereichen der Mundhöhle entnommen – vom Oberkiefer näher an den Nasenlöchern, vom Oberkiefer näher an der Speiseröhre und vom Unterkiefer. Außerdem wurde von den Schildkröten ein Bluttest gemacht.

Bei den Schildkröten, denen eine Kochsalzlösung injiziert wurde, wurden hohe Konzentrationen von Harnstoff im Speichel gefunden, nicht jedoch im Blutplasma.Die Injektion von Ammoniumchlorid verursachte keinen Anstieg der Harnstoffkonzentration im Speichel, aber die Injektion von Harnstoff führte zu einer starken Zunahme der Speichelkonzentration und zu einem leichten Anstieg des Blutplasmas. Was bedeutet das? Dies legt nahe, dass das Epithel der Wangen-Rachen-Region, wie für die Nierentubuli beschrieben, zu einem aktiven Harnstofftransport fähig ist. Dieser Prozess beinhaltet spezifische Proteine ​​- Harnstoff-Träger (siehe Harnstoff-Transporter, abgekürzt UT), die helfen, Harnstoff-Moleküle durch die Zellmembran zu transportieren. In Säugetieren werden diese Proteine ​​in den Nieren exprimiert, in anderen Wirbeltieren werden sie auch in der Blase und (für Besitzer der Kiemen) in den Kiemen exprimiert. In der Regel hat jede Spezies mehrere Varianten dieses Proteins, von denen jedes durch mehrere Isoformen repräsentiert wird.

Die Autoren schlugen vor, dass UT-Protein auch am Harnstofftransport im pharyngealen Mund-Rachen-Epithel beteiligt ist. Sie waren in der Lage, dieses Protein zu isolieren und seine Sequenz mit den Sequenzen von UT-Proteinen (die hauptsächlich aus Nierengewebe isoliert wurden) von anderen Tieren zu vergleichen. Auf dem phylogenetischen Baum ist klar, dass Trionix der rot-eared Frischwasserschildkröte in diesem Eichhörnchen am nächsten ist. Trachemys scripta elegans; die Ähnlichkeit dieses Proteins von Trionix mit UT-Protein von Mensch und Maus beträgt etwa 70% (Fig. 2).

Abb. 2 Ein phylogenetischer Stammbaum, der die Beziehung zwischen den Aminosäuresequenzen von UT-Proteinträgern in UT bei verschiedenen Tieren veranschaulicht. Beim Trionix (eingekreist Rahmena) Protein, das aus dem Epithel der Mundhöhle isoliert wurde. Bild aus dem Artikel in der Diskussion Zeitschrift für Experimentelle Biologie

Schließlich haben die Autoren das Expressionsniveau des RNA-Gens untersucht. UT in verschiedenen Geweben des Trionix: in verschiedenen Teilen der Mundhöhle, Speiseröhre, Darm, Niere und Blase. Es stellte sich heraus, dass dieses Gen nur in der Mundhöhle exprimiert wurde (Abb. 3).

Abb. 3 RNA-Expression des UT-Urea-Transferprotein-Gens in verschiedenen Geweben des Trionix. Bild aus dem Artikel in der Diskussion Zeitschrift für Experimentelle Biologie

Die Autoren haben also recht überzeugend gezeigt, dass Trionix eine Methode zur Harnstoffentfernung verwendet, die für höhere Wirbeltiere so ungewöhnlich ist.

Die Antwort auf die Frage, welchen Vorteil diese Auswahlmethode bietet, ist ziemlich offensichtlich, und wir haben sie bereits teilweise diskutiert. Dieses System der Ausscheidung erfordert nicht viel Wasser zu trinken, daher passt sich die Trionik dem Leben in brackigen Gewässern an und kommt sogar im Meer vor.Die Entwicklung von Wasserräumen mit hohem Salzgehalt ermöglicht einen besseren Zugang zu Nahrungsressourcen und verringert den Wettbewerb in Süßwasserkörpern, die reich an anderen Arten von Wasserschildkröten sind.

Die Autoren sehen Ähnlichkeiten zwischen der Wangen-Rachen-Freisetzung von Harnstoff aus Trionix und der Fähigkeit einiger Säugetiere, wie Fledermäusen oder Wiederkäuern, Harnstoff in Speichel abzusondern. Bei Wiederkäuern erleichtert Harnstoff den Fermentationsprozess im ersten Abschnitt des Magens, der "Narbe" genannt wird. Somit ist die Freisetzung von Harnstoff in der Mund-Rachenhöhle kein einzigartiger Erwerb von Trionik. Was aber die primäre Funktion einer solchen Harnstofffreisetzung war, bleibt unklar. Die Autoren dieses Artikels glauben, dass seine Mundpapillen bei der Trionix zunächst als Ausscheidungsorgane arbeiteten und erst dann zum Atmen verwendet wurden. Aber das ist eine Hypothese, und es muss noch überprüft werden.

Quelle: Yuen K. Ip, Ai M. Loong, Serene M. L. Lee, Jasmin L. Y. Ong, Wai P. Wong, Scheiße F. Chew. Die chinesische Weichschildkröte, Pelodiscus sinensis, scheidet Harnstoff hauptsächlich durch die Niere aus Zeitschrift für Experimentelle Biologie. 2012 V. 215. P. 3723-3733.

Varvara Vedenina


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