Danning og utskilling av nitrogenforbindelser
Maten dyr spiser, består i hovedsak av tre energigivende næringsstoffer: karbohydrater, fett og proteiner.
Når celler produserer energi fra karbohydrater og fett, dannes det bare karbondioksid (CO2) og vann som restprodukter.
Proteiner er bygd opp av aminosyrer, og hver aminosyre inneholder ei aminogruppe (-NH2). Når cellene forbrenner proteiner, dannes det derfor nitrogenforbindelser i tillegg til karbondioksid og vann.
Utskilling av CO2 skjer normalt via respirasjonsorganene. Vann skilles også ut via respirasjonsorganene samt via urin, avføring og svette. Nitrogenholdige avfallsstoffer skilles ut via dyrets ekskresjonsorganer eller direkte gjennom kroppsoverflaten. Dyr skiller ut nitrogen i form av en av disse nitrogenforbindelsene:
- ammoniakk
- urea
- urinsyre
Ammoniakk – vannløselig avfall fra vannlevende dyr
Ammoniakk (NH3) dannes når aminogruppa (-NH2) fjernes fra en aminosyre. Ammoniakk er et giftig stoff som ikke kan lagres i kroppen. Siden molekylet er lite og svært vannløselig, diffunderer det imidlertid raskt gjennom cellemembranene.
Ammoniakk er velegnet som ekskresjonsprodukt for vannlevende dyr, siden det raskt kan skilles ut til omgivelsene gjennom kroppsoverflaten eller gjellene. Ammoniakk er et ekskresjonsprodukt hos de fleste vannlevende dyr, inkludert beinfisker.
Siden ammoniakk er giftig, og derfor må fortynnes i store mengder vann, er det ikke egnet som ekskresjonsprodukt hos landlevende dyr. Hos disse omdannes ammoniakk til urea eller urinsyre.
Urea – vannløselig avfall fra landlevende dyr
Pattedyr og de fleste voksne amfibier skiller ut nitrogen ved å produsere urea, som dannes av to aminogrupper og et karbondioksidmolekyl.
Urea er i likhet med ammoniakk lettløselig i vann, men det er 100 000 ganger mindre giftig. Derfor kan urea konsentreres i ekskresjonsorganene og skilles ut uten det går med så mye vann.
Urinsyre – tilpasning for å spare vann
Bruken av urinsyre som ekskresjonsprodukt er en viktig tilpasning til vannsparing hos mange landlevende dyr, for eksempel insekter, fugler og de fleste krypdyr.
Urinsyre er et nedbrytingsprodukt av stoffer som kalles puriner (fra engelsk pure urine). Blant purinene finner vi blant annet nitrogenbasene adenin og guanin, som er byggesteiner i DNA. Urinsyre har svært lav løselighet i vann og er lite giftig.
Siden urinsyre har svært lav vannløselighet, kan nesten alt vannet reabsorberes i ekskresjonsorganene. Urinsyre skilles dermed ut som en halvfast masse, og lite vann går tapt. Blant krypdyrene finnes det imidlertid noen unntak. Krokodiller og vannlevende skilpadder skiller ut ammoniakk direkte til vannet de lever i.
Nitrogenavfall og formeringsstrategi
Det finnes en evolusjonsteori som går ut på at det er en sammenheng mellom hvilken nitrogenforbindelse som skilles ut, og om embryoutviklingen foregår i et åpent eller et lukket miljø.
Åpent miljø
Amfibieegg er ikke beskyttet av et ytre skall og utvikler seg i et åpent miljø i direkte kontakt med vann. Dette gjør at avfallsstoffer som ammoniakk lett kan skilles ut til omgivelsene. Pattedyrfostre utvikles i livmoren og kan overføre urea til morens blod.
Lukket miljø
Embryoutviklingen hos krypdyr og fugler skjer i et egg som er omgitt av et ytre skall. Dette gir et lukket miljø der bare respirasjonsgasser kan utveksles med omgivelsene. Nitrogenforbindelser må lagres inne i egget.
I egget har embryoet begrenset tilgang på vann, men urinsyre binder lite vann og kan avsettes som faste krystaller på innsiden av eggeskallet uten å ha noen giftvirkning. Fugle- og krypdyrembryoer kan dermed leve inne i egget uten å bli forgiftet av sitt eget nitrogenavfall.