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在我们的印象中 ， 哺乳动物和爬行动物作为地球上高级动物的代表 ， 绝大部分都是用嘴和鼻子来呼吸的 。 而处于向哺乳动物、爬行动物进化的中间阶段-两栖动物 ， 青蛙和蟾蜍在幼年时期是用鳃来呼吸 ， 当长大以后可以用肺和皮肤进行呼吸 ， 从而让它们能够更好地适应陆地和水域环境 。
海龟的“龟息大法”
海龟作为一类典型的爬行动物 ， 它们既可以在陆地上、也可以在水底长时间的活动 ， 从其生理结构上看 ， 它们的主要呼吸器官和哺乳动物一样 ， 依靠的都是肺 。 然而 ， 移动速度非常缓慢的海龟 ， 即使是在水下 ， 也同样可以待很长时间 ， 这比同样在水中生活的哺乳动物-鲸鱼要长得多 。 那么 ， 海龟是如何在水下憋那么长时间的呢？通过科学家们的研究发现 ， 一些海龟竟然进化出了依靠“屁股”呼吸的功能 ， 这妥妥的是“龟息大法”呀！
无论是通过肺、皮肤 ， 还是通过鳃、“屁股”等不同方式进行呼吸 ， 动物们的最终目的 ， 都是将一部分的空气挤压进身体内部的特定“空隙”中 ， 然后再通过不同的机制将空气中的氧气“压进”血管中 ， 然后通过心脏的搏动 ， 将携带着“养料”的血液 ， 泵到身体的各个区域 ， 从而保障着机体各项生理活动所需要的能量供给 。
对于很多海龟和河龟来说 ， 它们的栖息区域都是海底或者河床 ， 由于它们的移动速度很慢 ， 如果像其他水生动物那样 ， 隔较短的时间上升到水面之上来进行换气 ， 那么这个过程无疑是非常危险的 ， 一方面水体上部的水流速度会相对较快 ， 如果频繁上升到水面 ， 那么就会增大被冲走的风险 。 另一方面 ， 越靠近水面 ， 就越可能让海龟成为水中猛兽、大型鸟类等天敌的食物 ， 对于幼年的海龟来说 ， 这两个方面的危险更为突出 。
所以 ， 在长期的进化中 ， 海龟家族中的大部分成员 ， 都进化出了用“屁股”呼吸的能力 。 为什么“屁股”一词要打上引号 ， 因为对于海龟来说 ， 并没有真正的“屁股” ， 它们只有一个称为“泄殖腔”的多功能开口 ， 具备的功能包括有性生殖、排出体内废物 ， 当然也包括呼吸 。 利用“泄殖腔”进行呼吸的这种类型 ， 在生物学上被称为“泄殖腔呼吸” 。
海龟用“屁股呼吸”的原理
在这种呼吸过程中 ， 海龟通过泄殖腔这个开口 ， 将周围的水体“泵入”内部的两个被称为滑囊的器官 ， 这个器官有点类似“水肺” 。 滑囊在运转时 ， 会通过舒张作用来调节泄殖腔的开口大小 ， 形成类似挤压的作用 ， 从而调节着水体的进出 。 在此过程中 ， 水体中的氧气便会扩散进入滑囊壁 ， 然后沿着滑囊壁排列的小结构 ， 最终进入海龟的血液中 。
不过 ， 由于这种呼吸方式属于海龟的“辅助”呼吸功能 ， 受生理和生化作用的限制 ， 其呼吸效率要比正常的用肺呼吸低得多 。 通常情况下 ， 所有乌龟仍然以肺呼吸为主要方式 ， 只在少数的海龟和河龟 ， 它们的泄殖腔呼吸占比较高 ， 比如费兹洛河龟 ， 它们用“泄殖腔呼吸”的吸氧量占总量的比例 ， 能达到40%以上 ， 在极特殊的情况下 ， 例如湍急的河流或冰冻的池塘中 ， 这个比例还会更高 。 而其他类型的多数龟类 ， 这个比例则只有4%左右 。
决定泄殖腔呼吸效率较低的另外一个原因 ， 那就是耗费的能量问题 。 在陆地上我们用肺呼吸时 ， 由于气体很轻 ， 我们几乎不用消耗什么能量 ， 就可以让气体自由地进出我们的肺部 。 但是在水体中就不一样了 ， 一方面是水体是一种“黏稠度”比空气高得多的物质 ， 另一方面水中的氧气含量要比同体积下的空气少200倍 ， 因此要想维持身体的能量供给 ， 海龟们需要抽进更多的水 ， 才能获得相同数量的氧气 。
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