为什么鼠妇是用鳃呼吸的，却不能在水中存活？ 第1页

因为鼠妇的鳃在水下不能正常发挥作用。

鼠妇已经适应终生在陆地上生活，利用附肢基部的体壁内陷形成的“伪气管”和针对空气特化的鳃呼吸：

• 鼠妇前两对鳃表面的褶皱演变为中空的分支结构，就像小型的肺一样。这种构造可以将空气中的氧气溶解到表层的水里，通过扩散送入循环系统。
• 这只能在潮湿条件下使用，而且在被水淹没的情况下从水中取得溶解氧的效果远逊于从空气中取得氧气。
• 鼠妇缺少快速替换与鳃接触的水所需的构造，鳃的面积也小，无法指望靠现在的身体构造在水下取得维持生命所需的氧气。

再前进半步，你可以注意到将“用鳃呼吸”和“在水中存活”联系起来只是被关于鱼的刻板印象所误导。

在自然环境里，水中溶解的氧气的量取决于“温度”和“与水接触的空气的氧分压”。在标准状况下，室外空气每升体积内约有 9 到 9.4 毫摩尔氧气，与这样的空气接触的水则在每升体积内溶解有约 0.38 到 0.44 毫摩尔氧气。随着温度升高，水中溶解氧浓度的下降速度比空气中氧含量的下降速度要快——这意味着单位体积的水中溶解的氧气的量，达不到同样条件下同体积空气所含氧气的二十分之一。

• 水的密度远大于空气，按质量计算，水中的溶解氧含量约十万分之一。

你的肺泡也不是直接接触空气，而是有一层黏液去溶解吸入肺部的空气里的氧气，肺泡毛细血管里的血液通过扩散作用跟这黏液进行气体交换。

你想想，你为什么不能在水中存活呢。

• 人每天需要约 600 到 900 克氧气。
• 人的肺只能取得空气中所含氧气的约四分之一。当空气中的氧含量降至 12% 时，人就可能呼吸困难；降至 8% 以下就可能造成窒息死亡。
• 将空气换成水，即使你每次呼吸可以取得水中约四分之一的溶解氧，每天也将需要呼吸 240 吨到 360 吨水，在当前身体结构下根本办不到。

海豹、海豚、鲸等海洋哺乳动物同样不能靠肺去汲取水中溶解的氧气来维持生命，而需要到水面上去呼吸空气。

这和鼠妇的情况是类似的：

• 无论你的呼吸系统按人的分类算什么，它都可能在水下不能工作。

鱼能靠鳃呼吸水中的溶解氧来维持生命，是因为鱼的基础代谢远慢于哺乳动物、同样体重下需要的氧气比你少得多，鱼鳃中的鳃丝产生了非常大的气体交换面积，而且鱼让水从鳃上流过来替换跟鳃接触的水，而不像你要靠肌肉去推动充满肺部的物质。一些鱼类的鳃部毛细血管中的血液流向与水流相反，可以增加交换的效率。

• 但是，鱼鳃针对在水中呼吸进行的优化不适合空气。现代常规构造的鱼鳃在空气中无法像在水中一样随着液体流动而分散，鳃丝会互相粘连而降低气体交换面积，蒸发失水还会损害鱼鳃表面的细胞和毛细血管，因此普通的鱼不能在空气中有效呼吸。
• 肺鱼可以用鱼鳔呼吸空气。下口鲶可以用胃呼吸空气。鳗鲡、黄鳝、弹涂鱼等部分鱼类可以用潮湿的皮肤吸收周围的氧气。
• “鳃上呼吸器官”由鳃弓的咽腮骨、上腮骨及其周围的组织特化而来，在其保持湿润时既可以在水中又可以在空气中呼吸，见于斗鱼、胡子鲶、乌鳢、攀鲈等部分鱼类。