为什么鼠妇是用鳃呼吸的，却不能在水中存活？
这个问题很有趣，也触及了生物适应性的一些微妙之处。很多人会觉得，既然鼠妇（俗称“西瓜虫”或“潮虫”）是用鳃呼吸的，那它们应该像鱼一样在水里自由自在才对。但事实并非如此，它们一旦离开潮湿的陆地环境，很快就会死亡。这其中的原因，要从鼠妇独特的呼吸方式和它们所处的生态环境来理解。
首先，我们得明白，鼠妇的鳃和鱼类的鳃在结构和功能上，虽然都是进行气体交换，但有着本质的区别，并且对它们生存的环境也有着截然不同的要求。
鼠妇的“鳃”——一种特化的呼吸器官
很多资料会将鼠妇的呼吸器官称为“鳃”，但更准确地说，它们拥有一对被称为腹肢鳃（Pleopodal gills）或附肢鳃（Appendicular gills）的特化结构。这些结构位于它们腹部，藏在腹部的一个个节肢（也就是那些小脚）的基部，形成了一系列薄而多褶皱的瓣状物。
薄膜结构，表面积大： 鼠妇的腹肢鳃之所以能呼吸，是因为它们拥有非常大的表面积，而且这个表面积由极薄的几丁质和细胞层构成。就像我们身体上有很多血管的肺泡一样，薄而大的表面积有利于气体（氧气和二氧化碳）的快速扩散。
需要湿润的环境： 关键在于，这些薄膜需要时刻保持湿润才能有效运作。一旦干燥，几丁质就会失去弹性，气体交换的效率会急剧下降，甚至完全停止。
为什么不能在水中存活？
你可能会想，湿润的环境不就是水吗？那为什么它们又不能在水中生活呢？这里面有几个至关重要的原因：
1. “陆地化”的鳃，而非“水生化”的鳃：
鱼鳃的优势： 鱼类的鳃是完全适应水生环境的。鱼鳃的鳃丝细长，呈片状，并且有许多细小的鳃小片，极大地增加了与水接触的表面积。更重要的是，鱼鳃有一个特殊的结构，叫做“鳃盖”（Operculum），它能够强力地推动水流，使水能够不断地流过鳃丝，将氧气高效地传递给血液。鱼鳃还具备特殊的微血管系统，可以从水中提取溶解氧。
鼠妇鳃的局限： 鼠妇的腹肢鳃虽然面积大，但它们的“鳃盖”非常简陋，几乎没有。它们没有主动将水流推过鳃部的机制。更重要的是，鼠妇的腹肢鳃并非为连续浸泡在水中而设计。
2. 渗透压调节的难题：
渗透压： 这是一个非常核心的问题。动物体内的盐分浓度与外部环境的盐分浓度之间存在一个平衡，这个平衡叫做渗透压。
淡水 vs. 咸水： 鼠妇是陆生甲壳动物，它们通常生活在土壤、落叶、石缝等潮湿但非水体的环境中。它们的身体内部环境，在盐分浓度上，与淡水环境有很大的差异。
淡水危机： 如果将鼠妇直接放入淡水中，由于它们体内的盐分浓度通常高于淡水，水会不断地通过它们薄而透气的腹肢鳃渗透进鼠妇体内。这会导致鼠妇体内水分过多，细胞膨胀，生理功能紊乱，最终淹死。想象一下，你的身体一直在吸收不属于你的水分，最终被撑破，差不多就是这个意思。
咸水危机： 另一方面，如果将它们放入海水或其他高盐度的水中，情况则相反。它们体内的水分会快速流失到外部高盐度的水中，导致脱水，同样会死亡。
3. 活动能力和保护机制：
陆地活动： 鼠妇的身体结构和移动方式是为陆地表面或近地表活动设计的。它们在水中缺乏有效的推进和控制能力，容易被水流冲走。
“卷曲”的防御： 很多鼠妇遇到危险时会缩成一团，形成一个球状，这是一种防御机制，也能保护它们脆弱的腹部和鳃。但在水中，这种防御机制作用有限，反而可能因为无法呼吸而加剧危险。
4. 呼吸方式的“适应性折衷”：
空气中的氧气： 鼠妇生活的环境中，空气中的氧气浓度远高于水中溶解氧的浓度。它们的腹肢鳃能够高效地从潮湿的空气中吸收氧气。
对湿度的依赖： 它们之所以需要非常湿润的环境，是因为必须保持腹肢鳃的薄膜不干燥，以进行气体交换。但这并不意味着它们能适应完全浸泡在水中。事实上，它们更像是在利用一种“类鳃”结构，在湿润的空气中呼吸。
总结一下，鼠妇不能在水中存活，主要原因有：
它们的腹肢鳃是为从潮湿空气中吸收氧气而特化的，缺乏高效的水流驱动机制。
它们没有一套有效的渗透压调节系统来应对淡水或咸水环境，一旦浸泡在水中，容易因水分失衡而死亡。
它们生理上更侧重于潮湿的陆地环境，而非水生环境。
可以把鼠妇想象成一个拥有“湿肺”的陆生动物，它们需要呼吸，但“肺”必须保持潮湿，但又不能被水淹没。它们就像是陆地上的一种“半生半熟”的爬行类，巧妙地找到了一个湿度要求很高，但又不能完全浸水生存的生态位。它们对湿度的依赖，是为了保证呼吸器官能正常工作，但这种工作方式，又恰恰让它们无法像鱼类一样在水里生存。
首先，我们得明白，鼠妇的鳃和鱼类的鳃在结构和功能上，虽然都是进行气体交换，但有着本质的区别，并且对它们生存的环境也有着截然不同的要求。
鼠妇的“鳃”——一种特化的呼吸器官
很多资料会将鼠妇的呼吸器官称为“鳃”，但更准确地说，它们拥有一对被称为腹肢鳃（Pleopodal gills）或附肢鳃（Appendicular gills）的特化结构。这些结构位于它们腹部，藏在腹部的一个个节肢（也就是那些小脚）的基部，形成了一系列薄而多褶皱的瓣状物。
薄膜结构，表面积大： 鼠妇的腹肢鳃之所以能呼吸，是因为它们拥有非常大的表面积，而且这个表面积由极薄的几丁质和细胞层构成。就像我们身体上有很多血管的肺泡一样，薄而大的表面积有利于气体（氧气和二氧化碳）的快速扩散。
需要湿润的环境： 关键在于，这些薄膜需要时刻保持湿润才能有效运作。一旦干燥，几丁质就会失去弹性，气体交换的效率会急剧下降，甚至完全停止。
为什么不能在水中存活？
你可能会想，湿润的环境不就是水吗？那为什么它们又不能在水中生活呢？这里面有几个至关重要的原因：
1. “陆地化”的鳃，而非“水生化”的鳃：
鱼鳃的优势： 鱼类的鳃是完全适应水生环境的。鱼鳃的鳃丝细长，呈片状，并且有许多细小的鳃小片，极大地增加了与水接触的表面积。更重要的是，鱼鳃有一个特殊的结构，叫做“鳃盖”（Operculum），它能够强力地推动水流，使水能够不断地流过鳃丝，将氧气高效地传递给血液。鱼鳃还具备特殊的微血管系统，可以从水中提取溶解氧。
鼠妇鳃的局限： 鼠妇的腹肢鳃虽然面积大，但它们的“鳃盖”非常简陋，几乎没有。它们没有主动将水流推过鳃部的机制。更重要的是，鼠妇的腹肢鳃并非为连续浸泡在水中而设计。
2. 渗透压调节的难题：
渗透压： 这是一个非常核心的问题。动物体内的盐分浓度与外部环境的盐分浓度之间存在一个平衡，这个平衡叫做渗透压。
淡水 vs. 咸水： 鼠妇是陆生甲壳动物，它们通常生活在土壤、落叶、石缝等潮湿但非水体的环境中。它们的身体内部环境，在盐分浓度上，与淡水环境有很大的差异。
淡水危机： 如果将鼠妇直接放入淡水中，由于它们体内的盐分浓度通常高于淡水，水会不断地通过它们薄而透气的腹肢鳃渗透进鼠妇体内。这会导致鼠妇体内水分过多，细胞膨胀，生理功能紊乱，最终淹死。想象一下，你的身体一直在吸收不属于你的水分，最终被撑破，差不多就是这个意思。
咸水危机： 另一方面，如果将它们放入海水或其他高盐度的水中，情况则相反。它们体内的水分会快速流失到外部高盐度的水中，导致脱水，同样会死亡。
3. 活动能力和保护机制：
陆地活动： 鼠妇的身体结构和移动方式是为陆地表面或近地表活动设计的。它们在水中缺乏有效的推进和控制能力，容易被水流冲走。
“卷曲”的防御： 很多鼠妇遇到危险时会缩成一团，形成一个球状，这是一种防御机制，也能保护它们脆弱的腹部和鳃。但在水中，这种防御机制作用有限，反而可能因为无法呼吸而加剧危险。
4. 呼吸方式的“适应性折衷”：
空气中的氧气： 鼠妇生活的环境中，空气中的氧气浓度远高于水中溶解氧的浓度。它们的腹肢鳃能够高效地从潮湿的空气中吸收氧气。
对湿度的依赖： 它们之所以需要非常湿润的环境，是因为必须保持腹肢鳃的薄膜不干燥，以进行气体交换。但这并不意味着它们能适应完全浸泡在水中。事实上，它们更像是在利用一种“类鳃”结构，在湿润的空气中呼吸。
总结一下，鼠妇不能在水中存活，主要原因有：
它们的腹肢鳃是为从潮湿空气中吸收氧气而特化的，缺乏高效的水流驱动机制。
它们没有一套有效的渗透压调节系统来应对淡水或咸水环境，一旦浸泡在水中，容易因水分失衡而死亡。
它们生理上更侧重于潮湿的陆地环境，而非水生环境。
可以把鼠妇想象成一个拥有“湿肺”的陆生动物，它们需要呼吸，但“肺”必须保持潮湿，但又不能被水淹没。它们就像是陆地上的一种“半生半熟”的爬行类，巧妙地找到了一个湿度要求很高，但又不能完全浸水生存的生态位。它们对湿度的依赖，是为了保证呼吸器官能正常工作，但这种工作方式，又恰恰让它们无法像鱼类一样在水里生存。
网友意见
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。
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