Сухопутные существа с ограниченным запасом воды в организме не могут извлекать пользу из аммиака в качестве отхода. Многие организмы используют вместо него легкорастворимое твердое вещество, называемое мочевина. Молекула мочевины состоит из фрагментов двух молекул аммиака и молекулы двуокиси углерода. Использование ее в качестве отхода азота на пару процентов эффективнее, чем использование аммиака, потому что, с одной стороны, процесс образования мочевины требует энергетических затрат, с другой – мочевина гораздо менее токсична, чем аммиак, и это компенсирует небольшую потерю эффективности.
Мочевину можно довести до подходящей концентрации. 100 миллилитров крови будет содержать до 33 миллиграммов мочевины, что в сто тысяч раз превышает количество аммиака, которое будет смертельным. Следовательно, для того чтобы выделить дневной запас мочевины, потребуется сто тысячных количества воды, которое потребуется для выделения дневного запаса аммиака. Вполне водосберегающая технология.
Бросается в глаза перемена у амфибий, которые начало жизни проводят в водной среде, а затем ведут сухопутный образ жизни. Головастик имеет жабры и хвост, потом теряет и то и другое и обзаводится легкими и лапками. Эта перемена заметна и удивительна. От нашего взгляда скрыта, и другая перемена, столь же важная, перемена, без которой все другие изменения были бы бессмысленны в том, что касается выживания. Поскольку, в то время как головастик выделяет аммиак, взрослая лягушка выделяет мочевину.
Рептилии и птицы испытывают гораздо более острую нехватку воды, чем амфибии. Амфибии откладывают свою икру в воду, а рептилии и птицы откладывают яйца на сухой земле. Запас воды внутри яйца, который находится в распоряжении развивающегося зародыша, ограничен, и даже мочевина не будет служить средством избавления от азота. Мочевина относительно нетоксична, но далеко не безвредна – она смертельно опасна, если ее концентрация достаточно высока. Рептилии и птицы, следовательно, выделяют азот в форме мочевой кислоты. Это составляющая относительно сложной молекулы, состоящей из фрагментов четырех молекул аммиака и трех молекул двуокиси углерода (плюс несколько дополнительных атомов). Мочевая кислота совсем нерастворима, поэтому в крайних случаях, как в яйце, ее можно запрятать в излишки отходов организма без привязки к какому-либо значительному количеству воды.
У млекопитающих нехватка воды не столь острая. Развивающийся зародыш, для которого у птиц и рептилий нехватка воды – чрезвычайно насущная проблема, остается у млекопитающих среди богатых водой тканей матери. По этой причине мочевина подходит в качестве формы выделения азота, и человек, подобно другим млекопитающим, выделяет мочевину.
Выделительная система
Мочевина конечно же не может оставаться в крови. Она должна каким-то образом попадать во внешний мир. У многих нехордовых, а также у некоторых примитивных хордовых это делается посредством отдельных микроскопических трубочек, где вода фильтруется из плазмы. Отходы, сопровождающие воду, направляются через трубочки к поверхности тела и выбрасываются в водную окружающую среду. У позвоночных количество этих трубочек возросло до неимоверного количества, и они срослись в пару специальных органов, называемых почками.
У человека почки расположены у задней стенки брюшной полости, но выше, чем полагает большинство людей. Если попросить среднестатистического человека показать, где у него располагаются почки, он, по всей видимости, укажет на поясницу. В действительности почки находятся чуть ниже диафрагмы, напротив нижних ребер и позади печени и желудка. Правая почка, которая теснится над печенью, обычно расположена чуть ниже, чем левая. Характерно, что человеческая почка – орган темно-красного цвета, длиной 4–5 дюймов, шириной 2–3 дюйма и толщиной 1–2 дюйма. Она весит около 0,5 фунта и имеет бобовидную форму. Почки расположены вне брюшины, но поддерживаются в неподвижном состоянии на месте соединительной тканью и подушкой из жира. Они состоят из внешнего кортекса (коры) (от латинского слова «кора», используемого по аналогии с корой дерева как внешней оболочки) и внутреннего мозгового слоя почки, или медуллы (от латинского слова «мозг», которое используется по аналогии с костным мозгом для обозначения внутренней части объектов).