[科普中國]-安樂蜥：才沒吐鼻涕泡，我是在呼吸，勿cue

科學(xué)家盧克·馬勒（Luke Mahler）和同事理查德·格羅（Richard Glor）在海地對一種生活在瀑布邊，瀕臨滅絕的海地瀑布安樂蜥（ Anolis eugenegrahami ）的保護現(xiàn)狀進行調(diào)查時，發(fā)現(xiàn)當(dāng)把安樂蜥放回溪底巖石上后，它鼻子上方反復(fù)冒出一個空氣泡泡。

“吹泡泡”中的安樂蜥 | YouTube, Mahler Lab

這個小氣泡是干嘛用的呢？發(fā)現(xiàn)這一現(xiàn)象的兩位科學(xué)家?guī)е麄兊膶W(xué)生，在2021年4月發(fā)表于《當(dāng)代生物學(xué)》（ Current Biology ）的研究中，為我們揭開了安樂蜥在水下呼吸的小秘密。

氣盾與氣泡

研究中，科學(xué)家們將不同種的安樂蜥放入水下，發(fā)現(xiàn)在它們的疏水鱗片和水之間會產(chǎn)生一層薄薄的 空氣層 ，仿佛一層氣體鎧甲。由于光線在氣泡和水的交界面發(fā)生了全反射，安樂蜥的周身看起來瞬間鍍上一層金屬光澤。此時，如果注意到蜥蜴的鼻子附近，就能看到，隨著它們的呼氣，一個氣泡鼓了起來，而當(dāng)它們再次吸氣，氣泡也隨著癟了下去。

身披氣甲，鼻子冒泡的安樂蜥 | YouTube, Mahler Lab

科學(xué)家們把這種現(xiàn)象稱之為“再呼吸”，或“循環(huán)呼吸” 。 不僅最初觀察到的海地瀑布安樂蜥可以進行再呼吸，在這項研究涵蓋的20種安樂蜥中，18種都出現(xiàn)了再呼吸的現(xiàn)象。而在水下一次試驗中連續(xù)出現(xiàn)五次或以上的持續(xù)再呼吸現(xiàn)象，則主要集中在5種半水生的安樂蜥中。其中一只半水生的安樂蜥（ Anolis barkeri ）在潛水試驗中甚至創(chuàng)下了超過18分鐘的記錄。

自帶潛水裝備

“再呼吸”這個詞其實是科學(xué)家們從 水肺潛水 （scuba diving）裝備循環(huán)呼吸器中借鑒而來。我們在呼吸時，吸入的空氣中含有約21%的氧氣，但我們僅能利用所有氧氣的四分之一，剩下四分之三的氧氣會從體內(nèi)呼出，同時排出的氣體中還有約4%的二氧化碳。 循環(huán)呼吸器就是基于這個事實，在潛水時將潛水者呼出的二氧化碳吸收，同時把呼出的氧氣回收，再補充適當(dāng)?shù)难鯕猓撍畣T繼續(xù)呼吸。

攜帶循環(huán)呼吸器的潛水者 | Wikimedia Commons, Dr Lyn Turner / CC BY-SA 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)

安樂蜥入水后在周身產(chǎn)生的氣盾以及鼻頭頂著的小氣泡，就和潛水用的循環(huán)呼吸器有異曲同工之妙。通常情況下鼻道、口腔和氣管這些地方都充滿了氣體，在呼氣時這部分氣體無法徹底排空，吸氣時也無法與機體進行氣體交換，所以被稱為 無效腔 （dead space）氣體。科學(xué)家推測，安樂蜥的再呼吸把體內(nèi)這段“沒用”的氣體與周身的氣盾連接在了一起，相當(dāng)于連上一個外接氣瓶，從而增加潛水時氧氣供應(yīng)的總量，從而延長它們的水下時間。

在之前針對水生的非洲側(cè)頸龜和陸生的豹紋陸龜?shù)难芯恐邪l(fā)現(xiàn)， 呼出的氣體中二氧化碳的含量會影響它們的呼吸頻率，二氧化碳含量越高，呼吸頻率越快，中間屏住氣的時間也就越短 。但二氧化碳是一種易溶于水的氣體，當(dāng)安樂蜥再呼吸產(chǎn)生的氣泡中二氧化碳的含量（分壓）比周圍水中高時，就會溶于水，將二氧化碳清除，從而延長水下的屏氣時間。

再呼吸氣泡或者氣盾也可能充當(dāng)了“ 物理鰓 ”的角色。這種現(xiàn)象在一些水生的節(jié)肢動物中發(fā)現(xiàn)過，這些昆蟲入水后的周身會形成一個大氣泡，這個氣泡內(nèi)的氣體最初是從空氣中獲得的，此外它還可以通過與水接觸的表面，使水中的氧氣進入到氣泡內(nèi)，為潛水的昆蟲供氧，延長甚至無限地維持這些昆蟲在水下的時間，為區(qū)別與水生生物解剖學(xué)上的鰓，這個大氣泡就被稱之為“物理鰓”。相對昆蟲來講，安樂蜥的體型偏大，很難依靠物理鰓來完全滿足氧氣的需求，但可以幫它們在水下多待一會兒。

劃蝽科昆蟲Agraptocorixa eurynome在水下使用的物理鰓 | 參考文獻(xiàn)[6]，編輯漢化

一些實驗數(shù)據(jù)為這個假設(shè)提供了間接的證據(jù)，科學(xué)家們利用裸光纖微傳感器，對這些半水棲安樂蜥再呼吸產(chǎn)生氣泡中的氧分壓進行實時測量。最初，氣泡中的氧分壓接近周圍空氣，而后逐漸降低，但下降的速率逐漸平緩。這可能便是安樂蜥通過物理鰓從水中交換獲得了一些氧氣，從而抵消了一部分氧氣的消耗。

科學(xué)家們實時測量安樂蜥再呼吸氣泡的氧分壓和溫度 | 參考文獻(xiàn)[2]

當(dāng)然，再呼吸究竟怎樣發(fā)揮作用還需要更多的后續(xù)研究來探索，而這些假設(shè)之間也并不是互相排斥的， 安樂蜥可能同時利用多種機制來保證呼吸所需的氧氣供應(yīng)，延長水下停留的時間 。

捕食者來了，快閃！

盡管安樂蜥使用氣泡再呼吸的詳細(xì)機制還不得而知，但再呼吸為它們帶來的好處卻是非常明確的—— 能夠快速躲避捕食者 。

在研究過程中，一個令科學(xué)家們頗為撓頭的問題就是在人或攝影機靠近安樂蜥時，它們就會縱身一躍，快速跳入旁邊的溪流中，躲在水下不出來。其實，安樂蜥正是把他們當(dāng)做了捕食者，它跳入水中也是躲避天敵的本能反應(yīng)，而躲在水中恰恰是采用消耗戰(zhàn)術(shù)，消磨捕食者的耐心，或許眼看著自己的獵物遲遲不肯出來，就去尋找下一個目標(biāo)了。

安樂蜥三連跳 | YouTube, Mahler Lab

而對于人類來講，發(fā)現(xiàn)在安樂蜥的譜系進化樹上多個種的半水生安樂蜥均熟練地掌握這種水中再呼吸的小技巧，這不僅讓進化生物學(xué)家們興奮不已，我們還能模仿安樂蜥，制造發(fā)出一些全新的工具。多年之后，人們背上新裝備，潛入深海，或許裝備的靈感就來自海地溪流中那只鼻子上冒泡泡的安樂蜥。

參考文獻(xiàn)

[1]https://www.utoronto.ca/news/nature-s-scuba-tanks-researchers-discover-how-anolis-lizard-breathes-underwater

[2]https://www.anoleannals.org/2021/05/12/repeated-evolution-of-underwater-rebreathing-in-diving-anolis-lizards/

[3]https://www.iflscience.com/plants-and-animals/anole-lizards-become-first-known-vertebrate-to-use-air-bubbles-to-rebreathe-underwater/

[4]Boccia, C. K., Swierk, L., Ayala-Varela, F. P., Boccia, J., Borges, I. L., Estupi?án, C. A., ... & Mahler, D. L. (2021). Repeated evolution of underwater rebreathing in diving Anolis lizards. Current Biology.

[5]Dodig, S., ?epelak, I., Vla?i?, ?., Topi?, R. Z., ?iv?i?, J., & Nogalo, B. (2008). Partial oxygen and carbon dioxide pressure of exhaled breath condensate. Laboratory Medicine, 39(9), 537-539.

[6]Roger S. Seymour, Philip G. D. Matthews; Physical gills in diving insects and spiders: theory and experiment. J Exp Biol 15 January 2013; 216 (2): 164–170.

作者：郭懌暄

編輯：悲催的鉈寶寶 酥魚

排版：洗碗