水底生物是如何在水裡提取氧氣呼吸的

2021-01-10 網易

  

  據國外媒體報導,魚類、水母、水星和海參都可以從水中提取氧氣、藉此呼吸,但它們是怎麼做到的呢?

  數億年前,人類、以及一切長有脊椎和四肢的陸生動物的先人曾一度具有這種在水中呼吸的才能,但在第一批呼吸空氣的生物開端全天候待在陸地上之後,這種才能就不復存在了。現在,人類有必要運用特別設備才能在水中呼吸,或許像電影《海王》中描繪的那樣、具有共同的超才能。

  漫畫相關常識中解說了半人類、半亞特蘭蒂斯人的「海王」和他的親友們是怎麼在海洋深處呼吸的。他們可能有鰓,儘管從表面看不出來,究竟這一物種僅存在於咱們的幻想之中。不過言歸正傳,實際國際中的生物究竟是怎麼在水中呼吸的呢?

  地球的大多數海洋、湖泊和河流中都含有很多溶解在水中的氧氣,但咱們的肺無法對其進行處理。但是,水生生物們卻演化出了多種獲取水中氧氣的辦法。

  一種陳舊的辦法

  有些動物,比方水母,可以直接經過皮膚吸收水中的氧氣。據美國北卡羅來納大學助理教授瑞貝卡·赫爾姆(Rebecca Helm)介紹,這些生物體內的消化腔有兩層用處:一是消化食物,二是讓氧氣與二氧化碳在體內四處充滿。

  事實上,地球最早的微生物生命獲取氧氣的辦法與水母千篇一律,也是讓氧氣分散到全身遍地。據《無脊椎生物:水母的科學與脊椎骨的藝術》(Spineless: The Science of Jellyfish and the Art of Growing a Backbone)一書作者茱莉·伯沃德(Juli Berwald)指出,這類呼吸辦法約呈現於28億年前,也就是藍菌開端向大氣中排放氧氣之後的某個時刻。

  「由於它們只要外細胞層與內細胞層,內部都是膠裝物質、沒有細胞,所以它們並不像體內具有正派安排的動物相同,需求那麼多氧氣。」伯沃德解說道。

  不過,經過分散法「呼吸」也有其缺陷。

  「要將氧氣輸送到身體較遠的結尾,這種辦法比經過循環系統慢得多。這或許約束了水母的體型巨細。」伯沃德彌補道。

  「後門法」

  有些棘皮動物也會經過分散法呼吸,空氣可透過表皮進入體內。海星、海膽和海參都歸於棘皮動物。

  據華盛頓史密森尼國家天然歷史博物館研討人員克里斯多福·瑪(Christopher Mah)介紹,海星可在海水流過皮膚上的凸起物「皮鰓」(papulae)時、以及溝狀結構「管足」(tube feet)時,吸收水中的氧氣。

  但有些類型的淺水海參卻有著不同的呼吸辦法:在肛門鄰近的體腔中長有用於呼吸的「樹狀」結構。用克里斯多福·瑪的話來說,它真是當之無愧地「用屁股呼吸」。

  「根本藍圖」

  魚鰓是一套十分成功的呼吸系統,使用一套血管網絡從魚鰓中流過的水中提取氧氣,再經過鰓膜將氧氣分散到體內。

  路易斯安納尼古拉斯州立大學生物學院助理教授所羅門·戴維(Solomon David)表明,大多數魚鰓都遵照一套「根本藍圖」。

  「它們可以完成氣體的逆流交流,即從水中抽取氧氣,一起將呼吸廢氣排入水中。」戴維指出。魚張開嘴時,便會有一股水流從鰓上流過。魚鰓中布滿的血管便可從水中獲取氧氣,一起排出二氧化碳,「有點像咱們肺泡中的毛細血管。」

  不過,不同魚的魚鰓並非完全相同。戴維表明,為滿意不同的氧氣需求,不同魚類的魚鰓結構不同很大。例如,一種喜愛快速遊動的金槍魚的魚鰓就與喜愛「刻舟求劍」的魚鰓差異懸殊。

  「假如你是一位活潑的捕食者,隨時都在四處遊動,你的魚鰓結構就要滿意更高的氧氣需求。」戴維指出。

  就算是同一品種的魚,個別的魚鰓形狀也會有所不同,詳細取決於其所在水域中的氧氣狀況。研討顯現,若生計水域遭到汙染,魚鰓的形狀也會為了適應環境而有所改變:為阻撓水中汙染物進入體內,鰓絲會變得越來越緊湊。

  一些水生兩棲動物也有鰓,頭上長有向外伸出的分支結構。這種特徵一般只呈現在動物幼年時期,大多數物種成年後就會消失。但佛羅裡達大學天然資源與環境學院水生態學家克裡斯汀·赫施特(Kirsten Hecht)指出,部分水生蜥蜴則能把這一特徵一向保留到成年。

  有一種名為肺魚的魚類,其魚鰾結構特別,因而它們既可在空氣中呼吸、又可在水中呼吸。肺魚在幼年時期也長有外鰓。「但簡直一切肺魚的鰓都會在成年後消失。」赫施特解說道。

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