から に上がった動物の悩み
 太古の昔、全ての 生物 海の中 で生活していました。 その中の一部の生物が 進化 して
に上がり、両生類 になりました。 この時、 体液の塩分濃度をどうやって保つか というこ
とが、最も大きな問題となりました。
 この問題の解決が、進化 に大きな影響を与えています。

 私たちの体は、食事をして摂り入れた 栄養素 を燃焼させて エネルギー源 にしています。 
燃焼させる 栄養素 は、主に 炭水化物、脂肪、タンパク質。 
  このうち、炭水化物 脂肪 は、炭素 水素 酸素 原子 からできているので、燃焼する
二酸化炭素 が発生します。 両者はもともと 体内 にあるものなので、 に害はありま
せん。

 ところが タンパク質 は、炭素と水素と酸素 の他に、窒素 原子 も多く含んでいます。 タン
パク質 の最小単位は アミノ酸 ですが、アミノ とは 窒素を含んでいる という意味です。
 窒素 空気 の成分の約 80% を占める物質で、他の 元素 と反応して様々な物質を作って
います。 アミノ酸 だけではなく、アンモニア も作っており、そのため、タンパク質 が燃焼すると
代謝産物  として アンモニア が発生するのです。

 さて、生物が の中で暮らしていた時は、 に溶け易い アンモニア は非常に便利で、直ぐ
体外 に逃がすことができました。 単純に 水中 に捨てればよいからです。
 しかし、 に上がった途端、アンモニア は不都合な存在になりました。 何故ならば、アンモ
ニア には 毒性 があるからです。 両生類 の体内に溜まると障害が生じるので、アンモニア
はなく、別の形にして捨てる必要が生じます。

  そこで、窒素 尿素 という形で、尿 の中に入れて捨てるようにしたのです。 尿素 毒性
が少なく、なおかつ にもよく溶けるので好都合でした。

尿素 をどう処理する?
 しかし、進化が進んで 爬虫類 鳥類 になると、尿素 では不都合が生じます。 爬虫類や鳥
は、ご存じのように 子ども で産む道を選んだからです。

  の中で 赤ちゃん が育っていく時 、どのように尿を捨てるか という問題が生じたのです。
尿素 の形では に溶け過ぎてしまい、赤ちゃん 体内に 尿素 が回ってしまいます。

 そこで、今度は に溶けにくくて、少し沈殿するような物質を溜めておき、別に捨てるようにす
る方法をとりました。
 そのために選んだ物質が 尿酸 です。 したがって 爬虫類と鳥類 は、尿酸 という形で 窒素
代謝産物
を捨てています。

 そして、いよいよ 爬虫類 から、私たちの祖先となる 哺乳類 へと進化したわけです。 哺乳類
は、胎児 母親 のお腹の中で育てます。 そうなると、もはや 老廃物 を溜めておく必要はあり
ません。 何故ならば、母親 の体を使って処理できるからです。 尿酸 にしておく必然性はあり
ませんが、わざわざ 尿素 に戻さなくてもいいわけです。  

 しかし、哺乳類 尿素 を使うことを選びました。 窒素 尿素 にすることで、大きな メリット
を得たのです。 それは 「 腎臓で尿を濃縮する 」 という機能で、哺乳類腎臓 は、血液 に含
まれる 塩分 より五倍も高い濃度の 尿 を作ることが出来るのです。

哺乳類 の賢いしくみ
  それでは、哺乳類 は何故 尿 を濃縮する必要ああるのでしょう?
 私たちは、飲食物から 塩分 を摂り入れています。
 ところが、寒い冬に窓ガラスに を吹きかけると曇るように、 には 水分 が含まれています。
また、暑い時には をかきます。  には 塩分 も含まれていますが、水分の方がはるかに多
いのです。

 つまり、体は 水分 を失い易い仕組みになっており、その結果、体内の 塩分濃度 は高くなり易
いのです。
 体液 を調節するためには、塩分 を捨てる必要があります。

 さて、私たちの体には、常に 体液 の濃度を一定に保とうとする ホメオスタシス という働きがあ
ります。 その役目を担っているのが 腎臓 です。

 腎臓 は ソラマメ のような形をしています。 一番外側は 被膜 で覆われ、すぐ内側に 皮質、更
に内側には 髄質 という組織があります。 皮質 では血液を濾過し、髄質 では濾過した血液を濃
縮 しています。 腎臓 の表面に近い 皮質 から、内側の 髄質 の近くまで、 糸球体 という血液
を濾過する フィルター がたくさん備わっています。

 尿素 は、髄質 の中に溜められています。 髄質 では 腎臓 の表面から奥に行くほど、溶けてい
る物質の濃度が高くなります。 溶けているのは、主に 塩分 尿素 です。
 哺乳類の 腎臓 には、尿 を排出する集合管が 髄質 を貫くように走っています。 集合管が 髄質
を通り抜ける時に、周囲の高い 浸透圧 によって 水分 が引き抜かれ、尿 が濃縮されます。

  浸透圧 濃度の低い方から高い方に物質が移動する現象 です。 髄質 では高い
透圧 を作るために、高い 塩分濃度 尿素 を利用しているのです。 したがって、尿 を濃縮でき
るのは、髄質 を持っている 哺乳類 だけです。  

 尿素 は、タンパク質 を燃焼させる時に必ず発生します。 捨てなければならない物質である 尿
を、尿 として捨てる前に利用して 尿 の濃縮に使うという、実に賢い仕組みを 哺乳類 は作り上
げたのです。

ウミガメ から 塩分 を捨てる
 水分 塩分 の調節を 腎臓 が行うようになったのは、哺乳類 だけです。 鳥類 にはちっぽけな
髄質 があり、その他の動物には 腎臓 髄質 がないため、腎臓 から 塩分 を捨てることは出来
ません。

 それでは、他の動物はどの様に 塩分 を捨てているのでしょう。

 例えば 海鳥 の場合は、 の中に 塩分 を捨てる があり、その から 塩分 を排出してい
ます。  また、ウミガメ の場合は に、サメ  の場合は 肛門 塩分 を捨てる が付いていま
す。 魚類 の場合は、エラ が塩分を捨てる役割を担っています。

 もともと の中で暮らしている 魚類 の体内は、海水 と同じ 塩分濃度 だから調節する必要が
ないと皆さんは思っているでしょう。

 ところが、海水の 塩分濃度 3.5% とかなり高いので、殆んどの魚や動物は 塩分 を体外に
捨てることで、海水より低い 塩分濃度 を保っているのです。

 これとは逆に、川や湖などの 淡水 に棲んでいる魚や動物は、塩分濃度 が低すぎるために、周
りから 塩分 を取り込んでいます。 ただ、困るのは 海水 淡水 を行き来している魚です。 サケ
や ウナギ は、塩分 を捨てたり取り込んだりと、切り換える必要があり、魚類でも少し高度な機能
を備えているともいえます。

 また、変わったところでは、軟骨魚類 といわれる サメ や エイ の場合は、体の 浸透圧 が海水と
ほぼ等しくなっています。 サメ や エイ は、塩分濃度 を高くするのではなく、体液 にたくさんの 尿
を溜め込むことで 浸透圧 を高めているのです。

 そのため、サメ エイ は腐ると強烈な ニオイ を発します。 これは、尿素  アンモニア に変
わったからです。

 このように、多くの生物が 塩分 を調節することで、体液 ホメオスタシス を維持しています。 
特に 哺乳類 は、尿 を濃縮する高性能の 腎臓 を獲得したことで、余力を持って 水分 塩分
調節が可能になりました。

 しかし、これだけでは 尿 を濃縮するためには不十分です。

 血液 を濾過し、その後に成分の大部分を 尿細管 で再吸収するために、濾過量をたくさん増や
す必要があるからです。 何故、濾過量を増やす必要があるのでしょう。

 私たちの 腎臓 は、一日に約 200 ℓ の 血液 を濾過しています。

 その一方では、尿細管 を通る間に 99 % を再吸収して 血液 に戻しています。 したがって、出
来上がる 尿 の量は 200 ℓ の 1 % 以下の 「 1.5 ℓ 」 程度になります。

 200 ℓ を濾過して、99 % を再吸収するという  二段階方式 は、とても効率が悪く、一見無駄
なように思えます。 しかし、最終的に 尿 の量と 成分 を調節する能力としては、とても優れてい
るのです。

 例えば、尿 の量を五倍に増やすのは大変なことです。 ところが、二段階方式であれば 99 %
再吸収する 尿 を、95 % の吸収にすればよい ーーー つまり、1 % の尿を 5 % にするということ
です。 再吸収する量を少し調節するだけで、尿の量や成分のバランスを保つことが出来るの
ですね。

 こうして、時々刻々と変化する体の状態に合わせて、尿 の量を多くしたり少なくしたり、濃くした
り薄くしたりして、私たちは ホメオスタシス を実現しています。

腎臓 が変わると他の臓器も変わる
 陸上での生活を送るために、哺乳類 腎臓 を進化させました。 これほど大掛かりな働きを
担うためには、腎臓 を変えただけでは機能しません。 全身 の改善が必要になります。

 まず、腎臓 血液 を濾過するには、高い 血圧 が必要になります。 他の動物に比べて 哺乳
血圧 が高いのは、腎臓 の機能が複雑だからでもあります。

 私たちの 心臓 は、左右の ポンプ が壁を隔てて完全に別れている 二心房二心室 です。 
体循環  と 肺循環 が分離されているので、動脈血 静脈血 が混ざることがなく、体循環
を高くすることが出来ます。  

 しかし、両生類 などは 二心房一心室 のために 動脈血 静脈血 が混ざり、体循環
循環
血圧 は等しくなっています。 つまり 体循環と肺循環の分離 こそが 両生類 から
哺乳類 への進化であり、体循環 血圧 を高める進化でもあったのです。

 また、血液 を濾過するためには、腎臓 の濾過装置である 髄質 にある 糸球体 血管 も、壁
を薄くする必要があります。 血管 の壁が厚いと、濾過した 成分 を外に漉し出すことが出来ない
からです。 薄い壁の 血管 に高い圧力をかけるには、風船 を膨らませるように 張力 (引っ張る
力)が働きます。

 血管 の中に圧力がかかると、壁には 張力 がかかります。 張力 の大きさは 血管 の直径に
比例し、血管 の太さが二倍になると、血管 の壁の 張力 も大きくなります。 したがって、糸球
血圧 を高くして 血管 の壁を薄くしようとすると、血管 の直径を細くしなければなりません。

 そのため、哺乳類 腎臓 糸球体 毛細血管 は細くなっており、流れる 赤血球 も、他の
動物に比べて小さくなっています。

 このように、心臓 赤血球 も改造した結果、尿 を濃縮する 腎臓 が出来ました。 内臓 の中
で最も進化したのが 腎臓 ともいえますね。

                            坂井建雄 著 ” 面白くて眠れなくなる人体 ” より