问题

既然一个肾足够了,为什么人会进化出两个肾?

回答
这是一个非常好的问题,也涉及到生命演化的精妙之处。虽然一个人确实可以依靠一个肾脏健康地生活,但进化出两个肾脏并非“多余”,而是在漫长的演化过程中,双肾结构提供了显著的生存优势,并在面对各种挑战时,提供了冗余和更高的适应性。

为了详细解答,我们需要从以下几个方面来探讨:

1. 肾脏的基本功能与重要性

首先,理解肾脏的核心功能是关键:

排泄废物: 这是最主要的功能。肾脏过滤血液,清除体内产生的代谢废物,如尿素、肌酐、尿酸等,以及通过食物摄入的药物、毒素等。这些废物如果堆积在体内,会对细胞和器官造成严重损害。
调节体液平衡: 肾脏精确控制体内水分和电解质(如钠、钾、钙、磷等)的水平。这对于维持细胞正常功能、血液的渗透压、神经和肌肉的兴奋性至关重要。
调节血压: 肾脏通过分泌一些激素(如肾素)来参与血压的调节,影响体内的液体量和血管的收缩/舒张。
产生激素: 肾脏还产生红细胞生成素(EPO),刺激骨髓生成红细胞,以及参与维生素D的活化,对骨骼健康至关重要。

想象一下,如果一个肾脏出现问题,或者因某些原因失去功能,另一个肾脏承担起全部工作,虽然在健康状态下可以维持,但对身体的压力是巨大的,而且一旦这个“备用”肾脏也出现问题,后果将是致命的。

2. 演化的驱动力:生存与繁殖

演化的核心是“适者生存,不适者淘汰”。任何能够提高个体在特定环境中生存和繁殖机会的特征,都有可能通过自然选择被保留和传递下去。那么,双肾结构是如何在漫长的演化史中获得优势的呢?

3. 双肾结构的优势:冗余性、备份与效率

冗余性(Redundancy)和备份(Backup): 这是最直接的优势。在演化的早期,生命面临着无数的生存挑战,包括疾病、寄生虫感染、外伤、营养不良、环境剧变等。
疾病和感染: 早期生物体容易受到各种病原体的侵袭,这些病原体可能直接攻击肾脏。拥有两个肾脏意味着即使一个肾脏被感染或受损,另一个肾脏仍然可以继续工作,维持生命。这大大提高了生物体在疾病多发时代的生存几率。
外伤: 捕食者、环境中的物理伤害都可能导致身体受伤。肾脏虽然位于身体内部,但仍然可能受到腹部创伤的波及。一个肾脏的损伤不至于立即导致死亡。
生理压力: 在某些时期,生物体可能面临极端的生理压力,例如脱水、过度劳累、摄入有毒物质等。这些情况可能会暂时或永久性地影响肾脏功能。双肾可以分担压力,或在一方受损时提供代偿。
不对称磨损: 即使在没有明显损伤的情况下,两个器官可能会经历不同的生理负荷和“磨损”。一个肾脏可能因为胎位、血流分配、早期发育等原因,功能略有差异。拥有两个肾脏可以更有效地应对这种不对称性,并提供潜在的“备用”。

提高过滤效率和负荷能力:
总过滤面积更大: 每个肾脏都由数百万个肾单位(肾小球和肾小管)组成。两个肾脏合起来,就拥有了一个更大的总过滤面积和更高的过滤能力。这意味着身体可以更有效地清除废物,尤其是在高代谢率或摄入大量代谢产物时。
应对生理波动: 生物体在一天内,甚至在进食、运动之后,其代谢废物和体液水平会发生波动。拥有两个肾脏可以更稳定、更有效地处理这些波动,维持体内环境的稳态。
更好的肾脏储备: 双肾提供了更强的“储备能力”。当一个肾脏因为某个原因(如轻微损伤、感染初期)功能下降时,另一个肾脏可以代偿性地增大其工作量,以维持整体功能。这种代偿机制是生命对不稳定环境的强大适应。

4. 演化路径和生物体类型

普遍性: 双肾结构在脊椎动物中非常普遍,从鱼类到两栖类、爬行类、鸟类和哺乳类,大部分都拥有两个肾脏。这表明这个特征在脊椎动物演化早期就已经出现并被自然选择所保留。
单肾生物的出现: 值得注意的是,在自然界中也存在一些单肾生物,或者拥有退化的肾脏的生物(例如某些寄生虫)。但这通常是在其特定的生存环境和生活方式下,双肾结构带来的优势被其他因素抵消,或者其生理需求较低。例如,一些生活在稳定环境、食物获取容易、生命周期短的生物,对肾脏的压力可能较小。
人类的演化背景: 人类起源于生存环境复杂多变的非洲大草原。我们的祖先可能面临过食物短缺、水源不稳定、疾病频发、捕食者威胁等多种挑战。在这样的环境中,任何能够提高生存几率的生理特征都会被青睐。

5. 从效率和生理成本的角度看

能量消耗: 肾脏是一个需要大量能量来工作的器官,因为过滤和重吸收过程需要主动转运和离子泵。理论上,只有一个功能强大的肾脏可以节省一些能量。但是,演化并非只追求单一维度的“效率”。在演化中,冗余性带来的生存优势往往远大于单肾可能节省的能量成本。 而且,两个相对“标准”的肾脏可能比一个超负荷工作的肾脏在长期内更稳定、更有效率。
发育和控制: 生物体在发育过程中,同时产生两个功能相似的器官,可能在胚胎发育和基因调控上存在一定的复杂性。然而,一旦这一基本“蓝图”确立,后续的演化更多的是在此基础上进行优化和调整。

6. 现代医学的证据

现代医学也从反面证明了双肾的重要性。

肾移植: 当一个人的肾脏因病衰竭时,移植一个肾脏可以维持生命。这证明了即使只有一个肾脏也能维持基本功能。
肾功能不全患者: 许多肾功能不全的患者虽然只有一个肾脏在工作,但为了维持生命,他们需要进行透析,或者在移植前需要非常严格的饮食和生活管理。这说明单肾运作的压力是巨大的,而且一旦出现进一步问题,其代偿能力就非常有限。
捐肾者的健康: 接受肾脏捐献的人,在丢失一个肾脏后,通常可以健康地生活,但这并不意味着拥有两个肾脏没有优势。捐肾者在捐献后,剩余的肾脏会代偿性地增大,承担更多工作,这本身就意味着额外的生理负担,也增加了未来患上高血压、蛋白尿等肾脏疾病的风险,尽管总体风险仍可接受。

总结来说,人之所以进化出两个肾脏,并非仅仅因为一个肾脏不够,而是因为在漫长的演化过程中,双肾结构提供了以下关键优势:

更高的生存率: 面对疾病、外伤和环境压力,提供了重要的备份和冗余。
更强的生理调节能力: 更有效地处理体液、电解质和废物,维持体内环境的稳定。
更低的个体风险: 降低了因单一器官故障而导致的死亡风险。

演化是一个权衡的过程。双肾结构虽然在发育和维持上可能有一些“成本”,但其带来的生存和繁殖优势在人类演化的历史中是压倒性的,因此被自然选择所保留和强化。一个肾脏可以维持生命,但两个肾脏则提供了更高的安全边际和更强的适应性,这对于一个物种的长期繁荣至关重要。

网友意见

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这是中医在知乎被黑的最惨的一次!!!!!!!!

来看看这位中医粉怎么回答的?

(因为原答主删除了原文,所以我就不发地址了。)


一本正经的胡说八道,中医猪队友啊,这是让真正懂中医的中医粉都要扶脸的回答。

中医指的肾和西医的肾不是一个肾,连这个基本点都弄错了,整篇文章围绕着一个错误的论点在一本正经的胡说八道......



反智怎么能反成这样?科学家们一代又一代的往上攀登结果发现神学家和老中医早就站在了山顶!






心血管堵塞和心肌缺血不用药不介入不搭桥慢慢中药调理?我给您跪了。





亚健康本来就是个伪概念,在国外只有慢性疲劳综合征这个概念,不是一回事。



满文都是槽点,大家自己去原文阅读,

700多个赞同,知乎社区的"赞" 这么不值钱吗?


短短几个小时,已经爆发性的增加到1k+的赞了。

这真是中医在知乎被黑的最惨的一次!



至于题目的答案,赞同@银闪的回答,有理有据逻辑信服。

本文只是吐槽,我就不再班门弄斧解答题目了。



ps:

我对中医的态度是:

部分比如针灸推拿等的疗法是有一定效果的,中医理论是经不起验证甚至可以说是落后腐朽的(经验医学),大量的门外汉和赤脚医生以及假药保健品藏在中医理论的保护衣下。

同时中草药里是有精华有糟粕的,屠呦呦做的便是"反中医理论同时从中草药里提取精华去除糟粕"的做法,也就是我支持的废医验药,这是中医进步的目前最有效办法。

中医存在的根本基础是中医理论,所以说中医可以在病人了解中医理论和历史的时候作为补充医学。我并不反对实在没救的情况下尝试中医,我黑的是我国对于中医不够严谨的态度。(大多数人从小就接触中医理论的灌输,把中医理论当成真理,比如上火比如滋阴壮阳比如润肺养颜比如祛湿排毒等等。)

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2015-11-1日修改,大家说的第二张图是谬论,所以我换了一张,感谢大家提醒。

谢邀,长文预警!多图预警!

作为肾内科医生,回答这个问题有点强答,因为这属于生物学范畴,与临床医学没关系,不过我上大一的时候因为与题主有同样的疑问,所以特意去仔细研究了一下这个问题。

后来我发现这个问题背后有着非常重大的意义!

就像

@大木博士

所说的那样,肾脏是从中胚层分化来的,而从中胚层分化出来的所有组织,很多是呈轴对称的。

下面我们先来看看中胚层是什么鬼?

大家都知道,我们都是从受精卵一步一步发育变来的。受精卵就是一个细胞,长这样:

然后这个细胞会一点一点演变出很多细胞,主要变化内容就是两方面,一方面细胞数量变多,另一方面细胞种类变多。然后这些小细胞跑到各自的工作岗位上站好,这时候我们就不是受精卵了,叫呸,哦不,是胚,这是胎儿发育的形态变化。

在上图中,最上面那一排是胚胎早期的样子,可以看出,这个时候我们已经从一个“球”变成了一个“条”,这一变化的主要原因是“球”上的细胞分出了两派,两派背道而驰,一派往左长,一派往右长,生生的把一个“球”长成了一个“条”,想不明白的同学可以脑补一下制作手工拉面的过程。

好,现在我们长成了拉面,哦不,是胚胎后,就分出来了头、尾两个部分,而连接头尾这两个部分的中轴线,叫做脊索。以脊索为基础,在上面形成了神经管及中轴器官,这时候我们就从“条”变成了“柱”,然后我们再以这根柱为轴,向两侧摊开,成“面”,这个面的最外缘,会像腹侧卷折,形成一个像“筒”一样的构造,有点像这样

请自行忽略饼中间夹得吃的......

好了,我们的重点就拿这个鸡蛋灌饼来讲好了。所谓三胚层是这样的,我们假设这个饼是分层的,那么鸡蛋灌饼最里面贴着菜的那层叫内胚层,最外面跟手接触的那层叫外胚层,这两层中间的就叫中胚层。这三层分出来的主要目的是为了长成我们身体的不同结构。内胚层分化成我们人最里面的机构,主要是消化道,消化腺,气管,肺的上皮组织,甲状腺,甲状旁腺,胸腺,膀胱,阴道等,基本上可以把人从嘴到肛门想成一根“管”这个管和管上面的主要东西都是它发育来的。可以看出,这一层的发育出东西大部分是单一的。再来看外胚层,它主要发育的是我们最外面的组织,包括表皮,毛发等等,而且最主要的脑,脊髓也是它发育的。这些组织除了脑子和脊髓,其他的基本上就是个“皮囊”,包裹在我们身体的在外面。而至于为啥脑子和脊髓也在外面,我想主要是脑子需要感知周围环境变化,要长肚子里面就感知不到了,而脊髓和脑子是连着的,所以脑子在外面,它也得在外面喽,我们做脊柱手术的时候是不用开膛的,就是这个道理。

接下来说说这个中胚层,这一层很重要,如果没有这一层,我们就和珊瑚没啥区别了,这一层主要负责生成骨骼,肌肉,血管,和泌尿,生殖系统。仔细想一下可以发现,这些组织都是轴对称的。

骨骼

肌肉

循环系统,这里特意说一下心脏,心脏两房两室对称,肺动脉分支是2个,主动脉分支是3个(加上自己本身是4个)。

泌尿系统和生殖系统我就不上图了,肾脏,睾丸,卵巢,子宫都是轴对称的。

所以我们可以得出这个结论,由于中胚层发育的特点决定,人要长两个肾。

那么这一特点有什么意义呢?

这种发育特点主要的目的是为了让生物可以做到两侧对称。而两侧对称的出现,促使动物身体明显地分出前、后、左、右及背、腹。背面主司保护功能,而腹面承担爬行与摄食。向前的一端由于经常首先接触外界条件而使神经系统和感官 向前端集中逐步出现了头部,使动物能作定向运动和主动地摄取食物,使其适应范围更加广泛。为动物由水生到陆生发展创造了条件;中胚层的出现对动物体结构与机能进一步发展有很大意义。一方面由于中胚层的形成减轻了内外胚层的负担,特别是运动机能的负担,并引起一系列组织器官的分化,为动物体的结构进一步复杂完备提供了条件,使扁形动物达到了器官系统水平,另一方面由于中胚层的形成促进了新陈代谢的加强。如:肌肉的复杂化增强了运动机能,取食范围更广,另外运动的加强还促进了神经系统的发展。中胚层的出现是动物由水生到陆生的基本条件之一。但是对于肾脏来说,并没有太大的意义,肾脏只是按照中胚层的要求长出来两个而已,事实上两个肾的联系不大,它们并不是同时工作,而是轮流上岗,切掉一个对另一个肾脏的影响也很小。

这里再特别说一下——肺。

肺作为一个内胚层分出来的器官,表面上分为左右两个,看上去是轴对称,实则不然,因为左右两侧的肺并不是对称的,事实上,左侧有两个肺叶,右侧有三个肺叶,每个肺叶之间有叶间胸膜分开,各自有支气管与主气道相同,肺叶之间是没有联系的。这也是为什么很多肺炎局限在一个肺叶的原因,之所以肺会分成左右两部分,一是为了配合肺动脉的对称,二是由于骨结构和呼吸肌结构的对称性导致的。所以看上去肺像个轴对称器官,但实际则不是。

图片均来自网络。

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放一篇自己在丁香医生上写的科普《我们为什么要有两个肾脏?》,从另一个角度来说一下这个事情:

我们的腹腔中,有一个肝脏,一个脾脏,一个胰腺,一个胃,一根肠,还有——两个肾脏。从数量上来说,肾脏可以说是腹腔脏器中的一个奇葩,不,是两个奇葩。但你有没有想过,肾脏如此独辟蹊径的生长方式是为什么呢?

当然,从物种进化和胚胎发育的角度来说,此处可以洋洋洒洒写上几千字……然而,你们不会真的关心这个吧?

所以,我只想直观地告诉大家,我们之所以有两个肾脏,那是因为肾脏很忙……男女搭配,哦不,兄弟齐心,干活不累。

肾脏位于后背脊柱两侧,肋骨的下方,它们的外周包着脂肪和肌肉,你用手是摸不到的;肾脏呈蚕豆形,大小和iPhone 6差不多大,但厚度相当于三四部叠在一起的iPhone;肾脏仅占人体质量的0.5%左右,别看这小小的体积和重量,它可比你手头的iPhone重要多了

肾脏的首要角色是人体的“净化工厂”,当血液流经肾脏时,血液中的代谢废物、多余的盐分和水将形成尿液排出体外。健康的肾脏一天工作24小时,一周工作7天,年中无休。心脏泵出的血液中,20-25%流经肾脏,每分钟肾脏可以过滤大约1升的血液,每小时可将人体全身的血液过滤12遍,肾脏如此高效,全面超越市面上任何一台净水器。一天下来,流经肾脏的血液将产生180升的“原尿”。对于这180升的原尿,肾脏反复精挑细选,提取其中绝大部分有用成分,将最终剩下的1%排出体外——这便是尿。因此,正常人每天的尿量是1-2升。

除了净水的本职工作外,肾脏还有好几项兼职。它是调节血压的好手,一方面它调节水盐平衡,控制人体容量,从而维持正常的血压,另一方面,它释放一种收缩血管的激素,提升血压,以确保血液供给到人体的各个角落。肾脏还分泌一种促进红细胞生成的激素,作用于骨髓造血系统,促进和加速红细胞的产生,如果肾脏衰竭,不再工作,贫血也将加重。此外,肾脏还加工维生素D,使其变成具有活性的物质,在人体发挥作用,促进钙磷在胃肠道的吸收,维持牙齿和骨骼的健康和生长。

我们不妨再回头看看,可别忘了,以上庞大的劳动量和纷繁的功能可都是那两个iPhone大小的肾脏实现的。

心疼自己的肾脏了吗?给它们喂点水吧。在此告诉大家保护肾脏的第一要诀:别让肾脏“口渴”。要知道,勤劳的肾脏不怕活儿多,就怕没活干。它们是坚强而又娇嫩的莲花,泡在水里没大事,长时间不浇水,反倒会蔫了。

固然,两个肾脏能够均匀分配工作量,减轻它们的工作压力,但事实上,肾脏吃苦耐劳的程度远超过我们的想象。要知道,随着年龄的增大,肾脏里的零部件也会慢慢老去,肾功能会缓慢下降,假若一辈子无大碍,肾脏通常够我们用一辈子,因为,肾脏是极度容忍的器官,剩下的零部件会主动接过多余的活儿,直到零部件损坏的程度达到四分之三以上,剩下的肾脏才终于干不动活,开始撂摊子了——这就是所谓的肾衰竭。

至此,聪明的大家都会想明白一个现象:对肾移植的供者和受者而言,他们都只有原先一半的肾功能,之所以能够健康地生活,是因为他们离丢失四分之三的界限还有一段距离。事实也是如此,提供单侧肾脏的供者和一般人群的生存预期是没有太大差别的。

由此可见,两个肾脏是造物的恩赐,是奇妙的备份,也是奉献的基础

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