在我们印象中，尿液理应是液体，但对于蛇和蜥蜴等爬行动物来说，排泄废物的方式完全不同。它们排出的并不是水样的尿，居然是一种白色粉状的固体。这种看似普通的适应性，其实是爬行动物在漫长进化中为节水而形成的高效排泄机制。

蛇排泄出来的白色晶体（图片来源：参考文献[1]）

近期，美国乔治城大学的研究团队对二十多种爬行动物的排泄物进行了化学和显微分析，发现这些固态尿晶并非简单的沉积物，而是由纳米级的尿酸单水合晶体组成。在蛇尿晶体中，隐藏着跨越物种的代谢方式，也折射出生命如何用最经济的方式解决看似简单的生理问题。

爬行动物的的尿居然是固体

在地球的多数干旱地区，水分是限制动物生存的关键因素。为了减少水分流失，爬行动物在进化过程中形成了一套独特的排泄方式，将氮代谢产物以固态形式排出。这种白色的尿酸晶体被称作尿酸盐，是它们在极端环境中维持体液平衡的重要手段。

在一般哺乳动物体内，蛋白质分解产生的含氮废物以尿素或氨的形式溶解于水中，通过尿液排出。相比之下，蛇类、蜥蜴等动物则将这些废物转化为难溶的尿酸晶体。

乔治城大学研究团队对二十多种爬行动物的排泄样品进行分析发现，不论是蟒蛇、树蟒，还是巨蜥，它们排出的固体废物都含有相似的结构单元，直径约1到10微米的球状颗粒。这些微球由尿酸单水合物纳米晶体构成，形态规整且具有高度稳定性。

由直径1–10 μm的尿酸盐球体（图片来源：参考文献[1]）

显微分析显示，这些纳米晶体的表面带有可离子化的负电荷，能够吸附少量的钾、钠、钙和镁离子，从而帮助动物在排出废物的同时调节体内盐分。这一机制使蛇类能够在干旱环境中有效节约水分，同时避免体内氮和盐的累积毒性。研究人员指出，这种晶体的形成与排泄过程并非偶然，而是长期自然选择的结果，是动物在水资源匮乏环境下的化学适应产物。

这种固态排泄方式不仅减少了水分损失，也避免了尿液滞留或蒸发带来的风险。与液体尿相比，尿酸晶体在排出时几乎不需要额外水分，使得蛇类即使在高温荒漠中也能维持体液稳定。这一生理机制被视为爬行动物能够在极端环境中长期生存的重要基础。

尿酸晶体医学启示

在人类体内，尿酸常被视为一种潜在的风险物质。当血液中的尿酸浓度过高时，它可能在关节处结晶，形成痛风石；或在肾脏沉积，生成结石。然而，对蛇类排泄物的研究显示，尿酸在不同生理环境中可以呈现截然不同的化学行为。

蛇类排泄物中的尿酸单水合晶体具有较高的水溶性和结构稳定性。研究人员发现，在显微尺度下，这些晶体可稳定存在于1至10微米的球体中，其内部由纳米级晶片紧密堆叠组成。这种结构不仅使蛇类能够安全地储存高浓度尿酸，还能在体内中和氨等有毒氮化合物。实验进一步表明，当这些UAM尿酸纳米晶体微球与氨接触时，会转化为更稳定的氨基尿酸盐，从而以固态形式安全排出氮废物。换言之，蛇类通过化学方式实现了氨的“固化处理”，有效降低了毒性。

这一发现提示，尿酸在生物体内可能不仅是代谢终产物，还具备调节氨平衡的潜在功能。研究团队提出假设，人类在进化过程中失去了尿酸氧化酶活性，也许正是出于类似的代谢考虑。适度的尿酸水平可能在体内承担了抗氧化和氨缓冲的作用。当这一平衡被打破时，才会引发痛风等疾病。因此，蛇类的尿酸晶体为研究人类代谢疾病提供了新的思路，通过理解其晶体形成与转化机制，也许能找到调控尿酸沉积和防止结晶的新方法。

总结

蛇类的排泄方式揭示了生物在进化中对环境的高度适应。通过将尿酸转化为纳米级晶体，爬行动物不仅节约了宝贵的水分，还能安全地清除氮和盐类废物。研究显示，这些晶体具有特殊的化学结构和离子吸附能力，使得蛇能够在极端干旱环境中维持生理平衡。更重要的是，这一过程让科学家重新认识了尿酸的生理作用，它不仅是代谢的废物，也可能在维持体内氨平衡和抗氧化防御中发挥积极作用。

人类因失去尿酸氧化酶而保留较高的尿酸水平，这一特征或许并非缺陷，而是一种进化遗留的代谢策略。蛇类的尿酸晶体研究为我们提供了新的思路，通过理解其结晶、转化与解毒机制，未来有望开发出调控尿酸代谢的新型疗法，减少痛风和肾结石等疾病的发生。

参考文献：

[1] Thornton, Alyssa M., et al. "Uric Acid Monohydrate Nanocrystals: An Adaptable Platform for Nitrogen and Salt Management in Reptiles." Journal of the American Chemical Society 147.44 (2025): 40236-40243..

[2] Königsberger, Erich, and Zhonghua Wang. "Solubility of Uric Acid in Salt Solutionsand Artificial Urine." Monatshefte für Chemie/Chemical Monthly 130.9 (1999): 1067-1073.

[3] Bardin, Thomas, and Pascal Richette. "Definition of hyperuricemia and gouty conditions." Current opinion in rheumatology 26.2 (2014): 186-191.

[4] Minnich, John E., and Paula A. Piehl. "Spherical precipitates in the urine of reptiles." Comparative Biochemistry and Physiology Part A: Physiology 41.3 (1972): 551-554.

策划制作

作者丨杨 超 深圳理工大学科普主管、中国科普作家协会会员

审核丨赵宝锋 辽宁生命科学学会会员、研究员

来源: 科普中国新媒体

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