鳥類保持體內的生理平衡

 

鳥類保持體內的生理平衡

大多數鳥類生活在陸地或鹽水環境中，氧氣很容易獲得，但脫水是一個持續的危險。鳥類需要一種綜合手段來利用它們的腎臟，鹽腺和內臟來實現水和鹽的平衡。

水和鹽的平衡

 

我們所知道的生命需要水，水有時被稱為「通用溶劑」。鳥類身體的大部分是水，通常為60-70%，儘管在非常胖的鳥類中有點少，因為脂肪比其他組織含有更少的水。大多數生命的化學反應都發生在水環境中。水是許多此類反應的組成部分，與蛋白質等許多大分子結合的水對於其功能是必需的。如果細胞的含水量降低或增加，導致細胞收縮或膨脹，則其功能可能會受到危害。如果鳥類血液中的水分含量減少或增加，使其血壓下降或上升，則鳥類可能會失去向重要組織提供足夠血液的能力。然而，儘管將含水量保持在特定範圍內很重要，但一隻小鳥每天有多達25%的身體總水可以“翻轉”，因為它會流失到環境中或在化學反應中被消耗掉。這些損失必須通過耗水和分解其他分子來釋放水分來重新獲得。

 

如果不同時考慮溶解在水中的無機鹽，就不可能考慮水對鳥類的重要性。這些鹽有時被稱為電解質，因為它們在溶解狀態下攜帶正電荷或負電荷，並使溶液導電。鳥類中最豐富和最重要的電解質是鈉（Na ），氯化物（Cl），鉀（K ）和鈣（Ca ）。這些離子在細胞內部和外部之間的不均勻分佈對於允許肌肉和神經細胞發揮作用，控制細胞中激素等分子的分泌物，以及最重要的是對於我們在這裡討論的，控制水的運動是必要的。

 

在生物體所展示的所有複雜而複雜的過程中，沒有一個進化出通過主動運輸將水移過細胞屏障的能力：細胞沒有內部機制可以抓住水分子並利用能量直接移動它們。然而，水可以通過滲透過程穿過細胞膜。當水穿過半透膜（例如鳥體內細胞周圍的膜）從溶質濃度較低到較高的區域時，就會發生滲透。水通過這種與溶質相連的運輸機制在鳥體內的隔間之間移動。例如，如果細胞使用能量將鈉打入腸道腔，則水將隨後滲透。

 

水在細胞膜上的運動通常使溶解的溶質的總濃度在體內保持相等，即使單個溶質的濃度在細胞內部和外部之間不同。細胞內的鉀比外部多得多，鈉和鈣則相反。如果這些豐富的電解質的總量增加，則水被保留;如果溶質丟失或豐度低，則水就會流失。高血壓患者經常採取低鹽飲食，因為減少鈉意味著他們流去水分，減少血液容量，從而降低血壓。與鳥類一樣，捍衛水平衡，血液預先確定和細胞水含量也需要保護電解質濃度。有趣的是，相對於哺乳動物，許多鳥類對不同濃度的體液有更大的耐受性。脫水或缺鹽的鳥類，如沙漠鵪鶉，仍能飛到水源地補充體力，或正在孵卵的企鵝，能忍受不吃不喝數個月，其血液滲透濃度通常比水分充足時高出10%。

 

從平衡的角度考慮水和鹽是有用的，從長遠來看，輸入和輸出必須平衡。對於鳥類來說，覓食和飲水提供了鹽和水的輸入，並且通過食物的分解和新陳代謝產生額外的水。水和鹽通過鳥的腎臟和腸道排泄而流失，並通過其皮膚和呼吸表面的蒸發而流失。一些鳥類有鹽腺，為鹽分流失提供了另一個重要的條件。鳥類體型也影響這些因素，因為較小的鳥類相對於其體重具有較高的新陳代謝，這會影響代謝水的產生速率（與代謝速率成正比）和水分蒸發損失的速率。這種關係解釋了為什麼小型鳥類的水周轉率占體重的比例高於較大的鳥類，以及為什麼小型鳥類必須平衡水和鹽平衡的時間尺度更短。

 

生理平衡的輸入和輸出側在鳥類內部和物種之間都可能發生巨大差異。考慮一下信天翁，它可能在海上度過數年而無法獲得任何淡水，而一隻棲息在湖中的鴨子可以隨時自由飲用淡水。或者，在棲息在沙漠中的鳥類中，尋覓水源可能很不容易，為了實現蒸發冷卻，身體水分的損失可能是必不可少的。在遷徙的物種中，支持飛行的氧氣消耗量的增加必然伴隨著透水性呼吸膜上水分損失的增加，也許正是在那隻鳥最不可能獲得水的時候。對於吃種子的鳥類來說，食物的含水量可能低至10%，除了適應性最強的沙漠鳥類外，所有物種都需要獲得充分的飲水。另一方面，對於食肉和食蟲鳥類來說，它們食物的水分可能與它們自己身體的水含量大致相同，因此它們可能不需要另外補充水。從海洋或鹹水湖中獲取食物或水的鳥類同時承擔著巨大的鹽負擔。另一方面，一些鳥類 - 如在稀釋的花蜜上覓食的蜂鳥 - 在獲得能量的過程中獲得比它們需要的多得多的水，從而產生大量含水比例很高的尿液。

 

水和鹽的平衡可以部分通過調節攝入量和最大限度地減少皮膚和透氣呼吸表面的水的損失來實現。但是，鹽和水的攝入量的日復一日的變化意味著鹽和水平衡的微調會下降到鳥的腎臟，腸道和鹽腺。能量消耗率較高的小型鳥類通常比較大體型鳥類產生更濃縮的尿液。鳥類中沒有膀胱，腎輸尿管直接排空到泄殖腔。洩殖腔和下部腸道可以在排泄之前進一步修改尿液，這是哺乳動物無法實現的功能。鹽腺基本上存在於所有海洋鳥類和一些沙漠鳥類中，正是它們清除體內多餘鹽分的能力使這些鳥類能夠飲用鹹的海水或只補充非常少的淡水。