水、虫、鸟与地龙,让你瞠目结舌的4 种呼吸流派!

为了适应不同的环境,各种动物发展出五花八门的呼吸构造。你能想像吗?竟然会有生物利用身体的「皮肤」来呼吸,有的还会用屁股呼吸!

让我们来一探究竟吧!

「水之呼吸」的动物界传人:海参用屁股呼吸?

海参生活在海水中,虽然水底可以保持动物呼吸构造潮湿,但是溶解在水中的氧本来就比较少,一旦温度、盐分升高时,水中的溶氧又会更少,因此,水中动物的呼吸构造需要具备又强大、又有效的获氧能力。

海参的呼吸构造是一对呼吸树,只是不巧这呼吸树的开口在肛门附近,一个作为肠道、尿道及生殖道的出口。

每当海参身体规律收缩、舒张的时候,海水就会由肛门流入呼吸树,沿着主干流到分支,最后在细分支末端的小囊中,体液与海水中的氧、二氧化碳进行交换。

最佳保养品代言人4 ni?蚯蚓的「皮肤」会呼吸

在倾盆大雨过后,公园、草地时常会出现积水,我们可以看到不少蚯蚓为了呼吸,从地表钻出来,这些细长又湿黏的蚯蚓们,并没有特化的呼吸器官,它们运用全身的表皮来获得氧气。

虽然空气中有21% 是氧,蚯蚓却没有办法直接使用,需要让空气中的氧溶解在水中,才能让蚯蚓从中获得氧分子。

因此,蚯蚓总是想尽办法把自己的身体弄得湿答答,除了表皮的黏液腺会产生黏液、背上的小孔会渗出体液,肾孔也会分泌排泄物,不浪费自己身上的一丁点液体,费尽功夫让自己的表皮保持潮湿。

蚯蚓用皮肤呼吸,总是想办法把全身弄得湿答答。图/flickr

当空气中的氧溶解在潮湿表皮后,接着就会渗透到皮下的微血管,透过血红素运送到身体细胞,再加上蚯蚓血红素与氧的结合能力非常高,仿佛就像是让氧分子搭上血红素的便车,然后被运送到蚯蚓体内的各个组织。

而蚯蚓体内的二氧化碳,则是相反方向的流程,最后由表皮排出,完成气体交换。

那为什么用皮肤呼吸的动物并不多呢?因为多数动物透过身体表面积所能获得的氧实在不够全身细胞使用,于是发展出透过特别的器官像鳃、肺等,专门负责气体交换。

练就「虫之呼吸」的奥义:你必须要够小只!

你是否曾经纳闷过,为什么昆虫总是小小的吗?目前已知的昆虫中,如南美洲的泰坦大天牛( Titanus giganteus )是目前最大的几种甲虫之一,体长大约十七公分左右,就几乎到达了昆虫体积的极限。

虽然昆虫拥有心脏,但血液几乎都是流动在身体各处,让组织细胞直接浸泡在血液里,倘若昆虫体积过大,由于没有血管,就无法运送强而有力的血液到整个身体。

此外,呼吸构造也是限制昆虫体型大小的原因。

许多昆虫像是蚱蜢、螽斯,都是用气管系统来呼吸,当它们在呼吸时,空气会从身体表面的小孔进入,然后沿着体内长条、随着分支愈来愈细的气管,渐渐延伸到身体细胞。

蓝色部分为昆虫的呼吸系统。图/Wikipedia common

在靠近细胞的小气管内部充满了液体,可以让氧气、二氧化碳进行气体交换。对氧需求量大的器官附近,还会有气囊,让氧的补充更加迅速。

科学家用放射线仔细观察昆虫体内构造后发现,比起只有0.25 公分的甲虫,体型大小3.5 公分甲虫体内气管系统所占的身体比例多出20% 。

也就是说,当昆虫的尺寸愈大,对于氧的需求也大幅增加,气管也需要变得更粗、更长。只不过昆虫体型太大会让气管无法装进脚与身体的连接口,而且气管系统的气体运输效率较低,所以才会限制了昆虫的体积大小。

好多好多的气囊,「鸟之呼吸」带你飞

鸟类的呼吸构造除了肺之外,还有另一个秘密武器——气囊。

鸟类拥有不只一个气囊,气囊彼此合作无间,让鸟类不管在吸气还是呼气的时候,空气都是朝着同一个方向通过肺,是提升鸟类呼吸效率的一大功臣。

不仅如此,它也可以降低鸟类的身体密度,有利于飞行,甚至能够让鸟类肺部氧的最大浓度比哺乳动物还高,更能够适应在高空飞行。 

鸟类的气囊不只能提升呼吸效率,也能降低身体密度,帮助飞行。图/Pexels

气囊的位置分布从颈部、腹部到翅膀都有,数目很多有,有八到九个。

当鸟类吸气时,前方后方气囊会同时扩张,原本在肺的污浊空气挤进前方气囊,而吸进来的新鲜空气则进到后方气囊。等到呼气时,两边的气囊同时排气,把后方气囊新鲜的空气挤进肺,而前方气囊的污浊空气挤进气管接着排出体外。

总结

在这个丰富多样的大自然中,为了适应各式各样的生存条件,地球生物所发展出的各种身体构造,绝对让你目不暇给。

比较简单的生物,像是海绵,身体每个细胞都可以透过扩散的方式进行气体交换,而其他更复杂的生物,可能就需要特殊的呼吸构造以及循环系统的全力支援,才有办法完成这艰巨的任务。

海绵宝宝的朋友珊迪是一只松鼠,它需要特殊的呼吸构造、循环系统才能够完成气体交换喔!图/giphy

对人类而言,可能难以想像自己专门用屁股来呼吸,然而,说不定当海参能够懂得人类是用鼻子来吸入空气时,也会觉得:「矮哦!人类怎么那么恶心!」。

透过这4 种神奇的呼吸方式,似乎就能让我们一窥地球生态的迷人与惊奇,让我们一起在惊呼连连之中,持续探索这个精采又丰富的世界,并且尝试反思和寻找人类存在的意义与价值吧!

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