อวัยวะขับถ่ายของสัตว์

อวัยวะขับถ่ายของสัตว์

ร่างกายของสัตว์จำเป็นจะต้องมีอวัยวะทำหน้าที่กำจัดของเสีย ซึ่งเกิดจากเมตาโบลิซึมของเซลล์รวมทั้งเกลือแร่ต่างๆ ที่มีในร่างกายมากเกินต้องการออกนอกร่างกาย เพื่อช่วยรักษาปริมาณของน้ำ และเกลือแร่ต่างๆ ในร่างกายให้อยู่ในสภาวะสมดุล 

ก. สัตว์ทะเลซึ่งไม่มีกระดูกสันหลัง 

สัตว์พวกนี้ส่วนมากมักไม่มีอวัยวะขับถ่ายพิเศษอะไร และไม่ค่อยมีปัญหายุ่งยากเกี่ยวกับการรักษาสมดุลของน้ำในร่างกาย เพราะของเหลวในร่างกายของสัตว์พวกนี้มีแรงดันออสโมซิสเท่ากับน้ำทะเลที่อยู่รอบๆ ตัว ของเสียที่เป็นเมตาโบลิซึมของโปรตีน เช่น แอมโมเนีย เป็นสารที่มีโมเลกุลเล็กแพร่ผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ออกมาสู่น้ำภายนอกได้ ไม่จำเป็นต้องเปลี่ยนไปเป็นยูเรีย หรือกรดยูริค

เนื่องจากส่วนประกอบของน้ำทะเลมีการเปลี่ยนแปลงเกิดขึ้นช้ามากสัตว์ทะเลซึ่งไม่มีกระดูกสันหลังจึงอยู่ในทะเลได้อย่างปกติ อย่างไรก็ตาม มีสัตว์บางชนิดที่เกิดวิวัฒนาการไปใช้ชีวิตอยู่ในที่ที่มีความเข้มข้น ของน้ำทะเลน้อยลงได้ เช่น ในน้ำกร่อยซึ่งมีความเค็มน้อยกว่าแหล่งที่มันอยู่อาศัยเดิม  สัตว์พวกนี้จำเป็นจะต้องมีการปรับปรุงระบบภายในร่างกาย เพื่อรักษาแรงดันออสโมซิสในร่างกายให้คงที่อยู่ได้ ไม่เปลี่ยนแปลงไปตามสิ่งแวดล้อม ซึ่งเรียกว่า "ออสโมเรคกูเลชัน" (osmoregulation) หลักของออสโมเรคกูเลชัน ก็คือ จะต้องขับน้ำที่มากเกินต้องการออกจากร่างกาย  เพื่อช่วยรักษาระดับแรงดันออสโมซิสของร่างกายให้คงที่ เมื่อสัตว์นั้น อยู่ในที่ที่มีแรงดันออสโมซิส ต่ำกว่าภายในร่างกาย ตัวอย่างที่ดีที่สุดก็คือ ปูแสม  (shore crab) ซึ่งสามารถรักษาระดับแรงดันออสโมซิสของร่างกายให้คงที่ ได้ดีกว่าสัตว์ไม่มีกระดูกสันหลังหลายชนิดที่อยู่ในทะเล เราจะพบปูแสมอาศัยอยู่ได้ ทั้งในน้ำทะเลและน้ำกร่อย เวลาอยู่ในทะเล จะมีความดันออสโมซิสในร่างกายเท่ากับน้ำทะเล และเมื่ออยู่ในน้ำกร่อยก็มีความดันออสโมซิสในร่างกายสูงเท่ากับอยู่ในทะเล และสูงกว่าน้ำกร่อย ที่อยู่รอบๆ ตัวมันมาก นักชีววิทยาทางทะเลพบว่า เหงือกของปูชนิดนี้ สามารถดูดเอาเกลือแร่จากน้ำรอบๆ ตัวเข้าสู่เส้นเลือดโดยวิธี แอคทีฟทรานสปอร์ต (active transport) ซึ่งต้องใช้พลังงานจากการสลายอนุมูลฟอสเฟตจาก ATP ภายในเซลล์ช่วย  เพราะเป็นการดูดเกลือแร่จากภายนอก ซึ่งมีแรงดันออสโมซิสต่ำกว่าภายในร่างกาย ส่วนอวัยวะขับถ่ายก็ต้องทำหน้าที่คอยขับน้ำที่ผ่านเข้าสู่ตัวออกนอกร่างกายอยู่ตลอดเวลา  อย่างไรก็ตาม แม้ว่าปูแสมจะรอดชีวิตอาศัยอยู่ในน้ำกร่อยได้ แต่ไม่สู้จะสบายนัก เพราะอวัยวะขับถ่ายของมันยังไม่สามารถกำจัดของเสียออกไปจากร่างกายให้มีความเข้มข้นต่ำกว่าที่พบในเลือดได้ เพราะมีเกลือแร่ที่ว่า เป็นบางอย่างถูกกำจัดออกไปกับปัสสาวะอยู่เสมอ แต่แม้จะมีการเสียเกลือแร่ออกไป ปูแสมก็ได้รับเกลือแร่ชดเชยจากขบวนการ แอคทีฟทรานสปอร์ต ซึ่งเกิดขึ้นที่เหงือกได้บ้าง

ข. สัตว์น้ำจืด  

เมื่อสัตว์ทะเลวิวัฒนาการมาอาศัยอยู่ในน้ำจืด ความเข้มข้นของของเหลวในร่างกายของมันจึงสูงกว่าน้ำที่อยู่รอบๆ ตัวมันมาก ปัญหาที่สัตว์เหล่านี้จะต้องแก้ไขก็คือ จะต้องพยายามดูดเกลือแร่ ที่ต้องการจากน้ำ ซึ่งมีความเข้มข้นต่ำเข้าสู้ร่างกาย และจะต้องขับน้ำที่มากเกินไปออกจากร่างกาย เพื่อทำให้ความดันออสโมซิสในเลือดอยู่ในสภาวะสมดุล และเกลือแร่ใช้เป็นประโยชน์ต่อการดำรงชีพ นักชีววิทยาพบว่า มีวิวัฒนาการเกิดขึ้นกับสัตว์น้ำจืดเหล่านี้ ทำให้สามารถแก้ปัญหานี้ได้โดยมีการลดระดับความดันออสโมซิสในเลือดให้ต่ำลงกว่าที่เคยมีเมื่ออยู่ในน้ำทะเล ทั้งนี้ ก็เพื่อช่วยไม่ให้เกิดความลำบากในการดำรงชีวิตในน้ำจืดมากเกินไป หลักฐานที่สนับสนุนความคิดนี้ก็คือ เลือดของปลาน้ำจืดและของสัตว์อื่นๆ ทั้งที่มีกระดูกสันหลัง และไม่มีกระดูกสันหลัง มีปริมาณเกลือแร่ที่สำคัญ ต่ำกว่าที่พบในทะเลมาก แต่มีระดับสูงกว่าปริมาณที่ตรวจพบในน้ำจืด ทำให้เป็นผลดีต่อสัตว์น้ำจืดมาก เพราะถ้าความเข้มข้นในเลือดลดต่ำลงจนใกล้เคียงกับที่พบในน้ำจืดแล้ว
จะมีผลร้ายแก่เซลล์ ทำให้ไม่สามารถดำรงชีวิตและทำงานต่อไปได้ (ดูตารางที่ ๑ และ ๒ ประกอบ) 

ตารางที่ ๒ เปรียบเทียบปริมาณของเกลือแร่สำคัญที่พบในเลือดของสัตว์น้ำจืดที่มี กระดูกสันหลังกับที่พบในน้ำจืดที่มันอาศัยอยู่ (มิลลิโมล / ลิตร) 

เนื่องจากแรงดันออสโมซิสในเลือดของสัตว์น้ำจืดยังคงอยู่ในระดับสูงกว่าน้ำที่มัน อาศัยอยู่มาก จึงทำให้มีการไหลของน้ำเข้าสู่ร่างกายและเกลือแร่แพร่ออกสู่น้ำภายนอก ได้ง่าย สัตว์มีการแก้ไขปัญหาดังกล่าวได้ โดยมีการปรับปรุง ไม่ยินยอมให้น้ำซึมผ่านเข้าสู่ร่างกาย และออกจากร่างกายได้ แต่การแก้ไขปัญหาแบบนี้ยังไม่ดีพอ เพราะสัตว์น้ำที่แท้จริง จำเป็นจะต้องมีเนื้อเยื่อที่ติดต่อกับน้ำได้โดยตรงเหลืออยู่บ้าง เพื่อใช้สำหรับแลกเปลี่ยนก๊าซ หายใจ อวัยวะที่จำเป็นนี้ก็คือเหงือก ซึ่งเป็นอวัยวะที่พบในสัตว์น้ำแทบทุกชนิด เมื่อมี เหงือกน้ำก็มีโอกาสไหลผ่านเข้าสู่ภายในร่างกายได้ สัตว์น้ำกำจัดน้ำส่วนที่เกินที่ถูกดูดเข้าสู่ร่างกาย ออกสู่นอกร่างกายได้ ๒ วิธีคือ มีอวัยวะขับถ่ายนำเอาปัสสาวะซึ่งมีความดันออสโมซิสต่ำกว่าเลือดออกสู่ภายนอกร่างกาย และ/หรือมีเซลล์พิเศษกำจัดของเสีย เซลล์นี้อยู่ บนร่างกายและสามารถดูดเกลือต่างๆ จากภายนอก โดยขบวนการแอคทีฟ ทรานสปอร์ตได้ 

ตัวอย่างที่มองเห็นได้ชัดคือปลาน้ำจืดทั่วๆ ไป เลือดของปลาน้ำจืดมีความดันออสโมซิสสูงกว่าที่มันอาศัยอยู่มาก (ตารางที่ ๒) ร่างกายส่วนใหญ่ของปลาพวกนี้ปกคลุมด้วยผิวหนังและเกล็ด ซึ่งไม่ยอมให้น้ำซึมผ่าน นอกจากบริเวณที่เป็นเหงือกแลกเปลี่ยนก๊าซหายใจเท่านั้น ที่น้ำผ่านได้ โดยธรรมชาติปลาพวกนี้ไม่ดื่มน้ำเลย เพราะถ้าดื่มน้ำจะทำให้ ร่างกายมีน้ำมากเกินความจำเป็น อันที่จริง น้ำซึ่งไหลผ่านบริเวณปากและเหงือก เพื่อช่วยในการแลกเปลี่ยนก๊าซหายใจ ก็จะมีโอกาสซึมเข้าไปในร่างกายได้บ้าง และเกลือแร่จากเลือดก็จะแพร่ออกมาทางเหงือกได้มากพอดู ปลาน้ำจืดจึงมีไตขับน้ำส่วนเกินออกไปเป็นปัสสาวะ และมีกลุ่มเซลล์พิเศษ อยู่บริเวณเหงือกคอยดูดเอาเกลือแร่ต่างๆ ที่จำเป็นกลับสู่ร่างกาย 

ค. สัตว์ทะเลที่มีกระดูกสันหลัง  

ปลาทะเลมีปัญหาเกี่ยวกับออสโมเรคกูเลชัน ตรงข้ามกับปลาน้ำจืด จากการตรวจดูปริมาณของเกลือแร่สำคัญๆ ในเลือดของปลาทะเลส่วนใหญ่พบว่า มีระดับต่ำกว่าที่พบในน้ำทะเลมาก แต่ไม่ต่างไปจากที่พบในเลือดของปลาน้ำจืดมากนัก คุณลักษณะอันนี้ตรงกันข้ามกับที่พบในเลือดของสัตว์ทะเลที่ไม่มีกระดูกสันหลัง ดังนั้นปลาทะเลจึงต้องมีวิธีป้องกันไม่ให้มีการสูญเสียน้ำจากร่างกายออกสู่ทะเล การสูญเสียน้ำนี้ อาจเป็นอันตรายแก่ปลา ทำให้ร่างกายขาดน้ำ และตายได้ (ดูตารางที่ ๓ ประกอบ) 

ตารางที่ ๓ เปรียบเทียบส่วนประกอบของเกลือแร่สำคัญบางชนิด ซึ่งตรวจพบ ในน้ำทะเลและในปลาทะเลบางชนิด (มิลลิโมล/ลิตร) 
 

จากตารางที่ ๓ จะเห็นได้ว่าระดับเกลือแร่ในเลือดของปลาทะเล ไม่ว่าจะเป็นปลา กระดูกอ่อน เช่น ปลากระเบน หรือปลากระดูกแข็ง เช่น ปลาทู ปลามิวรีนา และปลาโลเปียส มีระดับต่ำกว่าที่พบในทะเล ซึ่งปลานั้น อาศัยอยู่มาก ยกเว้นปลาชั้นต่ำปากไม่มีขา กรรไกร เช่น ปลาปากกลมเท่านั้นที่มีระดับของเกลือแร่สำคัญในเลือดใกล้เคียงกับที่พบ ในน้ำทะเล นักวิทยาศาสตร์บางท่านสันนิษฐานว่าบรรพบุรุษของปลาชั้นสูง (อาจรวมทั้งปลากระดูกอ่อนด้วย) น่าจะอาศัยอยู่ในน้ำจืดมาก่อน เพราะส่วนประกอบของเกลือแร่ใน ร่างกายนอกจากจะต่ำกว่าที่พบในน้ำทะเลค่อนข้างมากแล้ว ยังมีค่าใกล้เคียงกับที่พบใน เลือดของปลาน้ำจืดมาก (เปรียบเทียบค่าในตารางที่ ๒ และ ๓) แต่เรื่องนี้มีนักวิทยาศาสตร์ หลายท่านไม่เห็นด้วยเนื่องจากข้อสันนิษฐานไม่สอดคล้องกับหลักฐานทางธรณีวิทยา

ง. สัตว์บก 

ร่างกายของสัตว์บกมีโอกาสสูญเสียน้ำ และแห้งตายได้ง่ายกว่าสัตว์น้ำมาก เพราะน้ำระเหยจากผิวของอวัยวะที่ทำการแลกเปลี่ยนก๊าซหายใจได้ง่าย นอกจากนี้ยังมีการสูญเสียน้ำปนออกมากับปัสสาวะ อุจจาระ และเหงื่อ แต่สัตว์บกมีการชดเชยน้ำ ที่ร่างกายเสียไปได้โดยการดื่มน้ำ กินอาหารซึ่งมีน้ำเป็นส่วนประกอบ และมีก๊าซหายใจ หรืออีกนัยหนึ่งมีการสันดาประหว่างอาหารกับออกซิเจนเกิดขึ้นภายในเซลล์ โดยได้น้ำเป็นผลพลอยได้ เป็นต้น 

การกำจัด NH3 (แอมโมเนีย) ซึ่งเป็นของเสียเกิดจากเมตาโบลิซึมของโปรตีน ในสัตว์น้ำ ไม่ค่อยจะมีปัญหาเท่าใดนัก เพราะสัตว์น้ำสามารถขับออกสู่น้ำได้ทันทีทันใด แต่สัตว์บกไม่สามารถกำจัดออกจากร่างกายเช่นสัตว์น้ำ และถ้าเก็บไว้ก็จะเป็นพิษต่อร่าง กาย สัตว์ครึ่งบกครึ่งน้ำ และสัตว์เลี้ยงลูกด้วยน้ำนมจึงต้องมีการเปลี่ยนแอมโมเนียให้เป็น ยูเรีย ซึ่งเป็นสารที่ละลายน้ำได้ง่าย และไม่เป็นพิษต่อร่างกาย สามารถอยู่ในร่างกายได้ นานๆ การสร้างยูเรียจึงเป็นการปรับปรุงตัวให้เข้ากับสิ่งแวดล้อมอย่างหนึ่งของสัตว์บก 

เนื่องจากยูเรียเป็นสารประกอบซึ่งละลายน้ำได้ดี ดังนั้นการขับยูเรียออกนอกร่าง กายของสัตว์บกดังกล่าว จึงมีการขับน้ำออกไปด้วย แต่สัตว์เลื้อยคลานและสัตว์พวกแมลงหลายชนิด สามารถเปลี่ยนแอมโมเนียเป็นกรดยูริค ซึ่งเป็นสารไม่ละลายน้ำ ดังนั้นเมื่อถูก ขับออกนอกร่างกายจึงไม่มีการสูญเสียน้ำปนออกมาด้วย การขับถ่ายของเสียเป็นกรดยูริค นอกจากจะช่วยประหยัดน้ำแล้ว ยังช่วยให้ตัวอ่อนเจริญเติบโตในไข่ได้โดยไม่มีอันตราย จากของเสียนี้แต่อย่างใด เพราะกรดยูริคไม่ละลายน้ำจึงไม่ทำให้ระดับความดันออสโมซิส ของตัวอ่อนเปลี่ยนไป ถ้าสัตว์ที่อยู่ในไข่ถ่ายยูเรียออกมา จะมีอันตรายแก่ตัวอ่อนในไข่มาก เพราะยูเรียละลายน้ำได้ดีก็จะละลายปนอยู่ในส่วนประกอบที่เป็นน้ำของไข่เพิ่มมากขึ้น เรื่อยๆ ซึ่งเป็นอันตรายต่อการรักษาสมดุลของของเหลวในร่างกายอย่างยิ่ง หรือถ้าการขับถ่ายออกมาเป็นแอมโมเนียแล้ว ไม่มีทางที่ขจัดออกไปทางไหนก็จะเป็นพิษอย่างแรง แก่ตัวอ่อนทำให้ตายได้ในเวลาอันรวดเร็วเช่นกัน การที่มันขับถ่ายออกมาเป็นกรดยูริค ที่ไม่ละลายน้ำ จึงเป็นผลดีอย่างยิ่งต่อชีวิตที่เติบโตอยู่ภายในไข่ เพราะถึงแม้จะสร้างออก มามากมันก็จะกองอยู่เป็นที่เป็นทาง ใกล้ๆ กับบริเวณทวารหนักไม่ปะปนกับส่วนประ- กอบอื่นๆ ของร่างกาย