这取决于你如何定义"呼吸"和"屁股"
每个人都知道大多数哺乳动物通过嘴和鼻子呼吸。与此同时,青蛙可以通过皮肤呼吸。但是海龟呢?这些硬壳生物是如何获得氧气的?
你可能听过一个奇怪的谣言,海龟可以通过它们的屁股呼吸。但这是真的吗?
严格来说,海龟不通过屁股呼吸。这是因为海龟并没有真正的“屁股”;相反,它们有一个被称为泄殖腔的多用途开口,用于有性繁殖、产卵以及排出废物。然而,它们确实会进行一种叫做泄殖腔呼吸的过程,在不那么专业的意义上,它可以被解释为“屁股呼吸”。
在泄殖腔呼吸过程中,海龟通过泄殖腔开口将水泵入两个囊状器官,这个囊状器官被称为囊,它的作用类似于水生肺。他对泄殖腔呼吸进行了广泛的研究。然后水中的氧气会扩散到囊壁上的小结构——乳头,并进入海龟的血液。
然而,与正常的有氧呼吸相比,泄殖腔呼吸是非常低效的,而且所有的海龟都有更容易用肺呼吸空气的能力。因此,泄殖腔呼吸作用只出现在少数淡水物种中,它们依赖这种非正统的方法来克服它们在难以呼吸空气的独特环境中面临的挑战,如湍急的河流或结冰的池塘。
下水道的冠军
真正掌握泄殖腔呼吸的主要龟群是河龟。在全球范围内,大约有12种河龟可以正确地利用泄殖腔呼吸,其中大约一半生活在澳大利亚的河流中;富兰克林说,这些动物包括玛丽河龟和白喉鳄龟。
然而,有些种类的河龟在泄殖腔呼吸方面比其他种类的要好得多。来自澳大利亚的菲茨罗伊河龟是无可争议的冠军,它可以通过泄殖腔呼吸获得100%的能量。这使得它们有可能无限期地留在水下。
但对于其他物种来说,泄殖腔呼吸作用只能延长它们在水下停留的时间,直到它们必须浮出水面呼吸空气。例如,他们可以在水下呆上几个小时,而不是在水下(屏住呼吸)15分钟。
能够长时间呆在水下对河龟来说是非常有用的,因为浮出水面是很困难的。对于生活在急流中的海龟来说,浮出水面呼吸有点问题,因为你可能会被冲走。靠近河床也能让它们更容易躲避鳄鱼等掠食者。
避开捕食者对小海龟来说尤其重要,它们可能成为鸟类和大型鱼类的目标。对于正在孵化的海龟来说,最大的被捕食风险是游过水柱浮出水面。因此,幼鱼通常比成年鱼更擅长泄殖腔呼吸,这使它们能够在河床附近呆更多的时间,直到它们长大到足够大,开始更频繁地到水面冒险。因此,可能还有其他种类的河龟在幼年时期也有泄殖腔呼吸的能力,但在以后的生活中失去了这种能力。
然而,泄殖腔呼吸比有氧呼吸效率低得多,因为将水泵入粘液囊需要大量的能量,这减少了海龟获得的净能量。当我们呼吸空气时,几乎不需要任何能量,因为气体很轻,可以自由地进出我们的肺。但想象一下来回呼吸一种粘性液体。水的含氧量比同等体积的空气少200倍左右,所以海龟必须泵出更多的水来获得相同数量的氧气。
泄殖腔呼吸还有另一个代价。当氧气通过滑囊的皮肤扩散到血液中时,对细胞功能至关重要的钠和氯离子(带电粒子)在乳头内以相反的方向扩散到水中,从而阻止细胞的正常功能。为了抵消这种影响,海龟进化出了一种特殊的泵,可以把失去的离子吸回细胞中,以维持正常的离子水平。这个过程被称为渗透调节,需要额外的能量,因此进一步减少泄殖腔呼吸的净获得的能量。
被困在冰中
在北美,大约有6到7种冬眠的淡水龟,它们的泄殖腔呼吸能力更有限。这些物种,比如布兰丁龟,在冬天会被困在覆盖着池塘的冰层下数月。其中一些海龟在冰下生活了100多天,不能呼吸一口空气。相反,这些海龟也可以通过滑囊吸收氧气,也可以通过喉咙里的漱口水,这被称为颊泵。
然而,冬眠海龟的泄殖腔呼吸作用远没有河龟复杂。冬眠的海龟不像它们住在河里的亲戚那样主动把水泵进粘液囊,而是吸收氧气,氧气被动地扩散到粘液囊的皮肤上。这个过程更像是皮肤呼吸——氧气通过动物的皮肤扩散,这发生在两栖动物、爬行动物和一些哺乳动物(在有限的能力下),包括人类。
冬眠的海龟摆脱了这种被动的泄殖腔呼吸方式,因为它们的代谢率大大降低,这意味着它们需要的能量更少,因此需要的氧气也更少。当它们在冰下时,这些海龟不太会到处移动,它们的体温保持在接近冰点的水平,当它们缺氧时,它们可以进行无氧呼吸——这是在没有氧气的情况下产生能量的最后手段。
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