鱼类的心脏重量和全身重量之比很小，远不如哺乳动物，它们是如何保证全身氧气和血液供应的？

鱼类的心脏重量和全身重量之比确实比哺乳动物小，这看似一个挑战，但鱼类通过一套精妙的生理和解剖学机制来高效地满足全身的氧气和血液供应需求。它们之所以能做到这一点，主要归功于以下几个关键因素：

1. 高效的呼吸系统：鳃

这是鱼类能够弥补心脏相对较小最核心的原因。鱼类的鳃是专门为水生环境设计的，具有极高的气体交换效率：

巨大的表面积： 鳃由成千上万的鳃丝（gill filaments）组成，每个鳃丝又由更小的鳃小片（gill lamellae）构成。鳃小片的表面积巨大，为氧气扩散提供了充足的空间。
极薄的交换膜： 鳃小片壁非常薄，通常只有一到两层细胞厚度，使得氧气可以快速地从水中扩散到血液中，二氧化碳则能快速从血液扩散到水中。
逆流交换机制（Countercurrent Exchange）： 这是鳃最神奇的特性之一。血液流经鳃小片的方向与水流经过鳃的方向相反。这意味着在血液与水接触的整个过程中，总能保持一个氧气分压差（水中的氧气分压始终高于血液中的氧气分压），从而最大化氧气的提取率。即使血液已经从水中吸收了大量氧气，它仍然会遇到氧气分压更高的水，继续吸收。
高血流速度和体积： 尽管心脏体积相对小，但鱼类的鳃部拥有庞大的血管网络，能够支持相对较高的血流量流经鳃部，确保在单位时间内有足够的氧气进入血液。

2. 循环系统的特点：单循环系统

鱼类拥有一个简单而高效的单循环系统：

心脏只有两腔： 鱼类的心脏通常由一个心房和一个心室组成。这与哺乳动物拥有四个腔的心脏有所不同。血液从身体流回心脏，然后直接泵入鳃部进行氧合，再由鳃部输出泵入全身。
直接泵入鳃部： 心脏将缺氧血直接泵入动脉弓，然后流经鳃部。这意味着心脏不需要像哺乳动物那样先将血液泵到肺部（呼吸器官），然后再将氧合血泵到全身。这种直接性减少了能量消耗和血液流通的环节。
低代谢需求（相对而言）： 相比于恒温的哺乳动物，大多数鱼类是变温动物。它们的代谢率随着环境温度的变化而变化，并且通常低于同等大小的哺乳动物。这意味着它们在较低的环境温度下，对氧气的需求量也相对较低。

3. 其他辅助机制和生理适应：

动脉的弹性和收缩能力： 鱼类的动脉血管具有一定的弹性和收缩能力，可以帮助维持血压和血流的动力。
血红蛋白的氧亲和力： 鱼类血红蛋白对氧气的亲和力也会根据环境条件（如水温、pH值）进行调节，以优化氧气的吸收和释放。
游泳方式和水流： 许多鱼类通过“冲撞式”游泳（ram ventilation），即在游泳时张开嘴巴，让水流主动流过鳃部，从而不断更新鳃部的血液，提高氧气交换效率。即使在休息时，很多鱼类也通过口腔和鳃盖的协同动作（buccal pumping）来主动地将水泵过鳃部。
身体构造和运动需求： 鱼类在水中运动时，受到的阻力与空气中不同。它们的流线型身体和鳍的作用有助于减少阻力，从而降低了对循环系统在高负荷下的绝对需求。

为什么哺乳动物的心脏要更大？

肺呼吸的效率： 哺乳动物的肺部虽然高效，但其气体交换面积相对于鳃可能没有那么极致，而且气体需要通过空气到达肺泡，再扩散到血液，这个过程需要更强的动力来驱动血液往返于心脏和肺部。
恒温性： 哺乳动物需要维持恒定的体温，这需要消耗大量的能量，因此它们的代谢率更高，对氧气的需求也更大，这就需要一个更强大、更活跃的心脏来驱动血液。
双循环系统： 哺乳动物的心脏有四个腔，形成体循环和肺循环。氧合血和缺氧血在心脏内完全分开，这虽然保证了更高的氧气运输效率，但也意味着心脏需要泵两次才能将血液送到全身（一次送到肺部，一次送到全身），对心脏的要求更高。

总结来说，鱼类通过强大的鳃部（特别是逆流交换机制）实现极高的氧气摄取效率，结合它们低代谢率（变温动物）和单循环系统，足以弥补相对较小的、重量占比较低的心脏。这是一种高度适应水生环境的演化结果。 它们并非依靠“强大”的心脏来驱动一切，而是通过一个整体优化、相互配合的生理系统来实现高效运作。

网友意见

在体重相同的情况下，鱼纲动物维持生命需要的氧气远少于呼吸空气且温血的哺乳纲动物。鱼对循环系统的要求很低，一个较小的二腔心就够用了。

小型哺乳动物的常规代谢率约为鱼常规代谢率的 50 至 100 倍。空腹、安静状态的小鼠在室温下每千克体重每小时消耗约 2.23 克氧气。

在个体体重为 3 到 30 克的情况下，哺乳动物和鸟类活跃运动时的耗氧量是同体重鱼类的 10 到 100 倍。活跃运动的鲑鱼每千克体重每小时至多需要约 0.8 到 1.2 克氧气^[1]。

有些两栖类的血压比鱼还低，因为在体型足够小的时候通过皮肤渗透呼吸就能覆盖大比例的氧气需求。

参考

1. ^ https://doi.org/10.1016/0034-5687(72)90025-4

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