三類(lèi)水生動(dòng)物的呼吸器官及其功能概述

余經(jīng)裕 朱靜

摘 要：本文介紹海參、蜻蜓的幼蟲(chóng)水蠆和水棲龜這三類(lèi)水生動(dòng)物的呼吸器官及其功能。

關(guān)鍵詞：水生動(dòng)物;呼吸方式;泄殖腔;直腸鰓;呼吸樹(shù);副膀胱

氧氣是大多數(shù)動(dòng)物所需要的。動(dòng)物通過(guò)呼吸吸收氧氣進(jìn)行代謝獲得生命活動(dòng)所需要的能量。陸生動(dòng)物常用肺或皮膚作為呼吸器官，而水生動(dòng)物則主要以鰓或皮膚吸收氧氣。本文介紹海參、蜻蜓的幼蟲(chóng)水蠆和水棲龜鱉這三類(lèi)奇特的水生動(dòng)物長(zhǎng)在泄殖腔中的呼吸器官及其功能和機(jī)制。

1 水蠆及其直腸鰓

蜻蜓的稚蟲(chóng)，羽化時(shí)不經(jīng)過(guò)蛹的階段，又稱(chēng)之為水蠆。水蠆主要生活在水中，以蚊子的幼蟲(chóng)等水生生物為食，一般可以作為水污染程度的指標(biāo)。

氣管鰓是一種中空、壁薄、內(nèi)含氣管分支的體壁或腸內(nèi)壁向外突出形成的絲狀或薄片狀結(jié)構(gòu)。分布在水生昆蟲(chóng)中的氣管鰓一般氣管分支較多，呈網(wǎng)狀，而且直徑都比較小。雖然氣管鰓直徑微小，但其呼吸能力卻很大，如藍(lán)紋蟌的稚從通過(guò)氣管鰓呼吸的總量占32%-60%。水蠆的氣管鰓分布在直腸處，又稱(chēng)之為直腸鰓。水蠆的氣管鰓長(zhǎng)在直腸處主要是需要通過(guò)體腔壁對(duì)氣管鰓進(jìn)行保護(hù)。

直腸鰓是通過(guò)直腸尾端收縮吸入體內(nèi)的水分中的氧氣擴(kuò)散進(jìn)入直腸鰓的微氣管，然后通過(guò)氣管輸送到體內(nèi)任何一個(gè)需要氧氣的區(qū)域，用以維持生命活動(dòng)中的能量消耗，同時(shí)二氧化碳也可以通過(guò)微氣管擴(kuò)散到水中，與水一同排出體外。因此，水蠆為了能夠呼吸更多的氧氣所以需要不斷的通過(guò)腹部進(jìn)行吸水和排水。水蠆使用直腸管鰓呼吸的原因主要是：1其機(jī)制比較簡(jiǎn)單，吸收氧氣的同時(shí)也可以排除代謝廢物二氧化碳，且長(zhǎng)在直腸處的氣管鰓受體壁保護(hù)不易受傷害;2在其每次腹部收縮擠壓不斷的吸水和排水時(shí)，直腸內(nèi)幾乎有85%的水分被重新更新。在每次更新的過(guò)程中，都可以通過(guò)呼吸運(yùn)動(dòng)清洗直腸鰓和直腸以保持清潔;3在遇到危險(xiǎn)時(shí)水蠆可迅速將腹中用于吸收氧氣的水從肛門(mén)噴出，以此作為一個(gè)反向推動(dòng)了加快逃跑速度。

2 海參及其呼吸樹(shù)

海參屬于棘皮動(dòng)物門(mén)海參綱，其形態(tài)結(jié)構(gòu)五輻射對(duì)稱(chēng)不明顯，且在一定程度上呈兩側(cè)對(duì)稱(chēng)，與其他的棘皮動(dòng)物結(jié)構(gòu)形成明顯的差異。海參還有變色、排臟等特有的保護(hù)和防御技能。

海參泄殖腔背面腔壁向體腔突出一短管，由短管向左右伸出兩枝盲管，兩條分枝的盲管伸入體腔后并重復(fù)分枝，稱(chēng)之水肺，因其形如樹(shù)狀所以又稱(chēng)之為呼吸樹(shù)，是海參的呼吸器官。呼吸樹(shù)的末端管道壁較薄，利于氧氣的吸收。海參的呼吸樹(shù)在還剩夏眠時(shí)退化，體積減小。

新鮮海水從肛門(mén)進(jìn)人海參泄殖腔，再由泄殖腔進(jìn)人呼吸樹(shù)，在呼吸樹(shù)的管壁進(jìn)行氣體交換，管壁吸收氧氣排除二氧化碳，經(jīng)氣體交換后的海水又經(jīng)泄殖腔，由肛門(mén)排出體外。另在滿(mǎn)潮時(shí)海參每分鐘可以多次的吸水、排水，退潮時(shí)則借助泄殖腔、和呼吸樹(shù)內(nèi)的水進(jìn)行呼吸，有時(shí)也可以幾小時(shí)不進(jìn)行海水交換。海參呼吸時(shí)通過(guò)泄殖腔及呼吸樹(shù)有節(jié)奏地收縮與擴(kuò)張，使水流入與流出以進(jìn)行氣體的交換。海參一次收縮就可將呼吸樹(shù)中的水分完全排光，因此，呼吸樹(shù)一般還兼有排泄作用。體腔液具有變形細(xì)胞，變形細(xì)胞能收集體腔中的代謝產(chǎn)物穿過(guò)呼吸樹(shù)的管，隨呼吸樹(shù)中的海水流人泄殖腔，經(jīng)肛門(mén)排出體外。海參使用呼吸樹(shù)呼吸的主要原因是呼吸樹(shù)的每次收縮可更換全部的水分，使其能夠吸收更多的氧氣和及時(shí)排出代謝廢物;另外由于呼吸樹(shù)分支較多能存儲(chǔ)大量水分，在不能及時(shí)收縮換水時(shí)，有足夠的氧氣使用。

3 水棲龜鱉及其副膀胱

龜鱉類(lèi)屬爬行綱、龜鱉目，是現(xiàn)存最古老的爬行動(dòng)物。大多數(shù)龜鱉類(lèi)可營(yíng)陸生和水生兩種生活方式。因肋骨與被甲板愈合，無(wú)胸廓，所以其呼吸方式不同于其他爬行動(dòng)物。在陸地上主要以肺呼吸，在水中時(shí)還有其他的輔助呼吸機(jī)制。

龜鱉的泄殖腔的兩側(cè)各有一個(gè)薄壁的囊狀物，由胚胎時(shí)期尿囊遺留部分轉(zhuǎn)化而成，稱(chēng)之為滑囊或副膀胱，囊壁分布了大量的絨毛和毛細(xì)血管。龜鱉類(lèi)通過(guò)泄殖腔吸水經(jīng)腔內(nèi)副膀胱表面的毛細(xì)血管吸收氧氣共自己利用，通過(guò)泄殖腔不斷的吸水、排水完成整個(gè)呼吸過(guò)程[2]。普通的龜鱉類(lèi)通過(guò)副膀胱吸收的氧量只占其總含氧量額4%左右。而Toni E. Priest和Craig E. Franklin發(fā)現(xiàn)產(chǎn)于澳大利亞的費(fèi)茲洛河龜?shù)幕椅趿空伎偭康?1%，表明使用副膀胱呼吸是其主要的呼吸方式之一。

龜鱉在營(yíng)水生生活時(shí)有時(shí)需要長(zhǎng)達(dá)幾小時(shí)不出水面，甚至更久，但龜鱉類(lèi)的體表面大都身披甲殼，根本無(wú)法有效的通過(guò)皮膚進(jìn)行呼吸，其肺所儲(chǔ)存的氧氣也不夠長(zhǎng)時(shí)間水下生活使用。另外動(dòng)物在進(jìn)行肺呼吸的時(shí)候胸腔都會(huì)膨脹，肺部就會(huì)產(chǎn)生空位，然后吸入空氣平衡壓力，呼氣時(shí)胸腔恢復(fù)正常，且整個(gè)過(guò)程不需要消耗多少能量。然而龜鱉類(lèi)卻做不到這一點(diǎn)，因?yàn)樗鼈兊膬?nèi)龜殼就長(zhǎng)在胸腔，所以胸腔就不能鼓起，那么它們的軀體必須向軀殼的邊緣伸展開(kāi)來(lái)，用以減少反向的壓力。以此方式呼吸就要消耗大量的能量，不利于其生存。所以龜鱉類(lèi)通常使用其處于泄殖腔內(nèi)的副膀胱進(jìn)行呼吸。另外，雌性的龜鱉通過(guò)副膀胱吸收的水分還有潤(rùn)濕卵窩的作用。

4結(jié)語(yǔ)

動(dòng)物界種類(lèi)繁多， 生活環(huán)境、生活方式多種多樣，動(dòng)物的呼吸也會(huì)隨著其生存環(huán)境的不同而呈現(xiàn)多種形式。不同動(dòng)物的呼吸方式都有其特定的生活意義。以上介紹的這三類(lèi)水生動(dòng)物通過(guò)長(zhǎng)在泄殖腔的呼吸器官進(jìn)行呼吸的方式十分少見(jiàn)和有趣。在水里生活的動(dòng)物由于水中的含氧量低及水壓高等一系列的原因使其選擇將呼吸器官生長(zhǎng)在泄殖腔這一特定的位置，這樣便能夠更容易的獲得氧氣，有利于生存。這種呼吸方式是生物進(jìn)化的一種積極表現(xiàn)。