为什么合弓纲以尿素的形式排出体内含氮废料，而蜥形纲则以尿酸的形式排出？
你这个问题提得挺有意思，涉及到动物体内氮代谢和排泄方式的根本差异，这背后可不是简单的“喜欢”，而是经过漫长演化、适应不同生存环境的结果。简单来说，合弓纲（也就是我们哺乳动物的老祖宗和我们自己）选择尿素，蜥形纲（爬行动物和鸟类）选择尿酸，主要是为了解决“水的利用效率”和“毒性”这两大核心问题。
咱们先从“含氮废料”说起。蛋白质是生命必需品，我们摄入的食物里都有。当蛋白质被身体利用后，就会产生一些“副产品”，其中最主要的就是氨（NH₃）。氨这种东西，对细胞来说可是挺“毒”的，因为它会扰乱细胞正常的生化反应，尤其是影响细胞膜的电位，对神经系统影响尤其大。所以，身体必须尽快把它处理掉。
为什么是尿素而不是直接排氨？
直接排氨其实也是一种方式，比如鱼类就这么干。但鱼类生活在水里，有的是水可以稀释氨，而且它们不需要担心身体脱水，所以直接排氨是个高效且省力的方法。
但是，对于陆生脊椎动物来说，直接排氨就不太行了。原因有两个：
1. 氨的毒性： 氨虽然毒，但它很容易溶于水，也容易扩散。如果想靠它排泄，就得用大量的水来稀释，这样会导致身体大量失水。这对陆生动物来说是个致命伤。
2. 水的宝贵： 陆地环境不像水里那样到处都是水。对陆生动物来说，水是维持生命的重要资源，每一点水都弥足珍贵。所以，演化出一种能够减少排泄时水分流失的机制，是生存的关键。
合弓纲的“尿素策略”
合弓纲，就像我们哺乳动物，选择把氨转化成尿素（(NH₂)₂CO）。这个转化过程发生在肝脏，非常巧妙。氨先被转化为氨基甲酰磷酸，然后经过一系列复杂的化学反应，最终结合两个氨分子和一个二氧化碳分子，生成尿素。
为什么尿素是个好选择？
毒性较低： 相较于氨，尿素的毒性要低得多。这意味着身体可以用更少的水来稀释它，从而减少水分的流失。
溶解性好，但不如氨： 尿素也溶于水，方便被肾脏过滤，然后通过尿液排出。它的溶解性介于氨和尿酸之间。
能量消耗： 转化成尿素是需要消耗能量的（ATP）。这对动物来说是一种“成本”，但为了节约宝贵的水，这种成本是值得的。
所以，合弓纲通过肝脏将氨转化为尿素，然后通过肾脏将尿素过滤出来，与水结合形成尿液排出。哺乳动物的肾脏功能非常强大，能够高效地重吸收水分，使得排出的尿液浓度很高，进一步减少了水分的损失。
蜥形纲的“尿酸策略”
再来看看蜥形纲，爬行动物和鸟类。它们选择的是尿酸（C₅H₄N₄O₃）。这个选择更加极致，也更加“费力”。
尿酸是氨和二氧化碳通过更复杂的生化途径（鸟嘌呤核苷酸等）转化而来的。这个过程发生在肝脏，消耗的能量比生成尿素还要多。
为什么尿酸这么“受欢迎”？
极低的毒性： 尿酸的毒性非常低，几乎可以忽略不计。
极低的溶解性： 这是尿酸最关键的优势！尿酸在水中溶解度非常非常低。这意味着，当它与排泄物混合时，可以直接以固态或半固态晶体的形式析出，伴随着粪便一起排出。
最大限度节水： 由于尿酸几乎不溶于水，所以排泄尿酸基本上不需要带走太多水分。爬行动物和鸟类通常只排出少量高度浓缩的尿液（如果它们还有“尿液”的话），很多时候尿酸就直接跟粪便混合在一起，呈现出白色或乳白色的泥状物。
爬行动物和鸟类的不同排泄方式
爬行动物： 很多爬行动物（如蜥蜴、蛇）的排泄系统结合了排泄尿酸和粪便。它们通常有一个泄殖腔（cloaca），尿液和粪便都会先汇集在这里，然后一起排出。它们的肾脏也能重吸收一部分水分，所以排泄物相对浓缩。
鸟类： 鸟类为了飞行，减轻体重，它们的排泄方式做得更加极致。它们的肾脏结构比较特殊，并且它们几乎不储存尿液，而是将尿酸以半固态的形式随粪便一同排出。泄殖腔在这里也扮演着重要的角色。
总结一下，为什么会有这样的差异？
这是两种不同的“生存策略”：
合弓纲（尿素）： 是一种平衡策略。通过肝脏将氨转化为毒性较低但仍需一定水量稀释的尿素，再通过高效的肾脏重吸收水分，能够在陆地环境中有效地管理氮废料，同时也能保持一定的生理机能灵活度。这种方式可以适应各种陆地环境，包括相对湿润的到半干旱的地区。
蜥形纲（尿酸）： 是一种极端节水策略。通过消耗更多的能量转化成极低毒性、极难溶于水的尿酸，可以最大限度地减少排泄时的水分流失。这对于那些生活在极度干旱、水源稀缺环境中的爬行动物（如沙漠蜥蜴）和需要减轻体重以利于飞行的鸟类来说，是压倒性的优势。
你可以这样想：如果把氨比作一个“很活跃、需要好好照顾”的孩子，尿素就是“稍微乖巧一点，能自己待着，但还是需要一些管束”的孩子，而尿酸则是“非常乖巧，几乎不需要怎么管”的孩子。处理“很活跃”的孩子（氨）需要很多资源（水），所以鱼类就这么干。而陆生动物要省钱（水），所以合弓纲选了“稍微乖巧”的尿素，蜥形纲则选了“最乖巧”的尿酸。
所以，这两种排泄方式不是“谁对谁错”，而是各自在演化过程中，为了更好地适应其生存环境，所做出的最佳“资源分配”和“风险管理”的选择。
咱们先从“含氮废料”说起。蛋白质是生命必需品，我们摄入的食物里都有。当蛋白质被身体利用后，就会产生一些“副产品”，其中最主要的就是氨（NH₃）。氨这种东西，对细胞来说可是挺“毒”的，因为它会扰乱细胞正常的生化反应，尤其是影响细胞膜的电位，对神经系统影响尤其大。所以，身体必须尽快把它处理掉。
为什么是尿素而不是直接排氨？
直接排氨其实也是一种方式，比如鱼类就这么干。但鱼类生活在水里，有的是水可以稀释氨，而且它们不需要担心身体脱水，所以直接排氨是个高效且省力的方法。
但是，对于陆生脊椎动物来说，直接排氨就不太行了。原因有两个：
1. 氨的毒性： 氨虽然毒，但它很容易溶于水，也容易扩散。如果想靠它排泄，就得用大量的水来稀释，这样会导致身体大量失水。这对陆生动物来说是个致命伤。
2. 水的宝贵： 陆地环境不像水里那样到处都是水。对陆生动物来说，水是维持生命的重要资源，每一点水都弥足珍贵。所以，演化出一种能够减少排泄时水分流失的机制，是生存的关键。
合弓纲的“尿素策略”
合弓纲，就像我们哺乳动物，选择把氨转化成尿素（(NH₂)₂CO）。这个转化过程发生在肝脏，非常巧妙。氨先被转化为氨基甲酰磷酸，然后经过一系列复杂的化学反应，最终结合两个氨分子和一个二氧化碳分子，生成尿素。
为什么尿素是个好选择？
毒性较低： 相较于氨，尿素的毒性要低得多。这意味着身体可以用更少的水来稀释它，从而减少水分的流失。
溶解性好，但不如氨： 尿素也溶于水，方便被肾脏过滤，然后通过尿液排出。它的溶解性介于氨和尿酸之间。
能量消耗： 转化成尿素是需要消耗能量的（ATP）。这对动物来说是一种“成本”，但为了节约宝贵的水，这种成本是值得的。
所以，合弓纲通过肝脏将氨转化为尿素，然后通过肾脏将尿素过滤出来，与水结合形成尿液排出。哺乳动物的肾脏功能非常强大，能够高效地重吸收水分，使得排出的尿液浓度很高，进一步减少了水分的损失。
蜥形纲的“尿酸策略”
再来看看蜥形纲，爬行动物和鸟类。它们选择的是尿酸（C₅H₄N₄O₃）。这个选择更加极致，也更加“费力”。
尿酸是氨和二氧化碳通过更复杂的生化途径（鸟嘌呤核苷酸等）转化而来的。这个过程发生在肝脏，消耗的能量比生成尿素还要多。
为什么尿酸这么“受欢迎”？
极低的毒性： 尿酸的毒性非常低，几乎可以忽略不计。
极低的溶解性： 这是尿酸最关键的优势！尿酸在水中溶解度非常非常低。这意味着，当它与排泄物混合时，可以直接以固态或半固态晶体的形式析出，伴随着粪便一起排出。
最大限度节水： 由于尿酸几乎不溶于水，所以排泄尿酸基本上不需要带走太多水分。爬行动物和鸟类通常只排出少量高度浓缩的尿液（如果它们还有“尿液”的话），很多时候尿酸就直接跟粪便混合在一起，呈现出白色或乳白色的泥状物。
爬行动物和鸟类的不同排泄方式
爬行动物： 很多爬行动物（如蜥蜴、蛇）的排泄系统结合了排泄尿酸和粪便。它们通常有一个泄殖腔（cloaca），尿液和粪便都会先汇集在这里，然后一起排出。它们的肾脏也能重吸收一部分水分，所以排泄物相对浓缩。
鸟类： 鸟类为了飞行，减轻体重，它们的排泄方式做得更加极致。它们的肾脏结构比较特殊，并且它们几乎不储存尿液，而是将尿酸以半固态的形式随粪便一同排出。泄殖腔在这里也扮演着重要的角色。
总结一下，为什么会有这样的差异？
这是两种不同的“生存策略”：
合弓纲（尿素）： 是一种平衡策略。通过肝脏将氨转化为毒性较低但仍需一定水量稀释的尿素，再通过高效的肾脏重吸收水分，能够在陆地环境中有效地管理氮废料，同时也能保持一定的生理机能灵活度。这种方式可以适应各种陆地环境，包括相对湿润的到半干旱的地区。
蜥形纲（尿酸）： 是一种极端节水策略。通过消耗更多的能量转化成极低毒性、极难溶于水的尿酸，可以最大限度地减少排泄时的水分流失。这对于那些生活在极度干旱、水源稀缺环境中的爬行动物（如沙漠蜥蜴）和需要减轻体重以利于飞行的鸟类来说，是压倒性的优势。
你可以这样想：如果把氨比作一个“很活跃、需要好好照顾”的孩子，尿素就是“稍微乖巧一点，能自己待着，但还是需要一些管束”的孩子，而尿酸则是“非常乖巧，几乎不需要怎么管”的孩子。处理“很活跃”的孩子（氨）需要很多资源（水），所以鱼类就这么干。而陆生动物要省钱（水），所以合弓纲选了“稍微乖巧”的尿素，蜥形纲则选了“最乖巧”的尿酸。
所以，这两种排泄方式不是“谁对谁错”，而是各自在演化过程中，为了更好地适应其生存环境，所做出的最佳“资源分配”和“风险管理”的选择。
网友意见
“以尿素形式排泄含氮废物”在自然界是普遍存在的，许多单细胞生物就有尿素循环了，排泄尿酸较为少见，一般认为出现在“氮代谢过程中使用的水比较少”的物种身上。
这些区别在根本上来自演化过程中常见的基因丢失与假基因化：
- 细胞失去了过去依靠的特定基因，不得不另找办法应付；
- 应付的手段若能维持生存繁殖，便可能作为新的可遗传性状传给后代。
动物演化过程中，参与嘌呤代谢和含氮废物排出的酶对应的基因屡次丢失，相关代谢途径多次简化。水生动物排泄的含氮废物主要是氨，其毒性较高，排泄过程需要大量的水来稀释[1]。陆生动物丢失了尿素酶[2]基因，将尿酸、尿素之类排出是另找的办法，并各自有一些优点。
题目所说的“感觉完全不如”的感觉是不准确的：
- 排泄尿酸比排泄尿素需要更多的能量，其优点在于尿酸低毒、在水中的溶解度低，可以浓缩成少量的白色糊状物，节约排泄使用的水；
- 一些两栖类和大部分哺乳类排泄尿素所用的尿液，其实也比排氨节水得多[3]，而且可以在排泄尿素的同时送出更多的肌酸酐等代谢废物、送出一些电解质来调节身体的电解质平衡；
- 斑点狗主要排泄尿酸，而不是尿素，因为其尿素循环所需的一个转换酶基因意外损坏。该犬种的排泄系统并不比其它犬节约水，还更容易发生尿酸盐结石型的肾结石（尤其多见于十岁以上的雄性犬），你由此可以预期“哺乳类在当前的肾构造下突变成排泄尿酸，并不能算有利性状”；
- 非人哺乳类通常靠尿酸氧化酶将血中的尿酸转化为5-羟基异尿酸，该物质与过氧化物反应形成尿囊素，可进一步转化为尿囊酸、乙醛酸、尿素等，有效地排出体外，基本上不会发生痛风。
- 相比之下，鸟类、大多数爬行类的尿酸排泄能力较为有限，人养殖的鸟类和爬行类宠物有时会出现痛风发作，一些恐龙化石上也有痛风留下的痕迹。
灵长类的祖先在数千万年前丢失了自行制造维生素C的能力，尿酸有较强的抗氧化能力、ROS清除能力，演化促使灵长类的血尿酸水平升高。
1000万年到2200万前，人类·黑猩猩·大猩猩的共同祖先、长臂猿的祖先各自发生了“尿酸氧化酶基因突变为假基因”的事件，不再能将尿酸代谢为尿囊素，血尿酸浓度变得比过去高3到10倍。这使人科动物比其它生物更容易患痛风。
与此同时，尿酸可以帮助维持血压，并有一定的神经刺激作用和免疫相关调节作用，这可能在一定程度上使人科动物变得更适合直立行走、反应更敏捷，并在一定范围内帮助调节免疫功能。
在人身上，除了随尿排出，尿酸转运蛋白还可以将尿酸弄进肠道，让肠道细菌去分解。一些痛风病例的病因是突变引起的尿酸转运蛋白缺陷。
参考
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