海洋生物的多種呼吸方式

根據(jù)形態(tài)和結(jié)構(gòu)差異，海洋生物的呼吸方式大致分為鰓呼吸、呼吸樹呼吸、體壁呼吸和 肺呼吸四種。

魚類、貝類動(dòng)物通過鰓進(jìn)行呼吸。它們的鰓上布滿了毛細(xì)血管，這些毛細(xì)血管的管壁很薄，氣體很容易滲透進(jìn)去。當(dāng)水流經(jīng)過鰓時(shí)，水中的氧氣會(huì)滲入鰓的毛細(xì)血管，動(dòng)物體內(nèi)產(chǎn)生的二氧化碳則經(jīng)由鰓排出體外。鰓呼吸也有不同的模式：如有通過持續(xù)游動(dòng)以推動(dòng)水流經(jīng)過鰓而進(jìn)行的動(dòng)態(tài)呼吸；也有先大口吸水以獲取足夠氧氣，然后再從鰓排出二氧化碳的靜態(tài)呼吸。

海參是海參綱動(dòng)物的統(tǒng)稱，全球有900多種海參，它們的呼吸器官被稱為呼吸樹。海參的消化道在體內(nèi)回折兩次，靠腸系膜連于體壁，開口于肛門，腸末端擴(kuò)大為泄殖腔，泄殖腔旁常分出一對枝狀器官，即呼吸樹（也稱水肺）。呼吸樹既是海參的呼吸器官，也是排泄器官：含有氧氣的海水在呼吸樹中進(jìn)行氣體交換，海參體內(nèi)的二氧化碳則隨海水經(jīng)由呼吸樹從肛門排出體外。

腔腸類動(dòng)物，如水母、海葵等沒有呼吸器官，它們需要借助體壁細(xì)胞與周圍的海水進(jìn)行氣體交換以完成呼吸。

海洋哺乳動(dòng)物和部分海洋爬行動(dòng)物通過肺進(jìn)行呼吸，它們需要不時(shí)地回到水面獲取空氣。以鯨為例，鯨的氣孔位于頭頂，氣孔在水中是閉合的，這樣可以防止水進(jìn)入呼吸系統(tǒng)；當(dāng)鯨浮出水面換氣時(shí)，它們會(huì)打開氣孔，吸入新鮮空氣并排出廢氣。鯨排出的氣體遇冷后會(huì)凝結(jié)成水珠，遠(yuǎn)遠(yuǎn)看去，就好像一股噴泉。

從淺海到深海，從水面到海底，不同的海洋生物演化出了最適合自己的呼吸方式，也使得它們能夠應(yīng)對不同的水生環(huán)境，確保個(gè)體安全和種族繁衍。

鯨、鯊的深潛之道

知道了海洋生物的呼吸方式，我們再以鯨和鯊為例來說說為什么它們能夠長時(shí)間深潛而不被憋死。

鯨的肺十分神奇，即便被壓扁至原體積的15%，也不會(huì)對它們的健康造成傷害，而且被壓扁的肺還可以在短時(shí)間內(nèi)自行恢復(fù)。很可惜，人類的肺無法擁有如此強(qiáng)大的功能。而且，隨著下潛深度的增加，越來越大的壓力會(huì)將人體內(nèi)的惰性氣體壓迫進(jìn)血液或其他組織液中；當(dāng)人們快速返回水面時(shí)，這些惰性氣體會(huì)因?yàn)閬聿患芭懦鲶w外而形成氣泡，從而引起人體出現(xiàn)缺血、缺氧、胸悶、關(guān)節(jié)痛等一系列病變。

鯨在潛水前會(huì)排出肺部的大部分空氣，然后依靠血液中溶解的氧氣和肌肉中存儲(chǔ)的氧氣進(jìn)行深潛。鯨的血液和肌肉中含有大量的血紅蛋白和肌紅蛋白。血紅蛋白相當(dāng)于運(yùn)氧通道，它能和氧氣有效結(jié)合，將氧氣通過血液循環(huán)運(yùn)送到身體各個(gè)器官；肌紅蛋白則相當(dāng)于儲(chǔ)氧倉庫，它能有效地儲(chǔ)存氧氣，供身體所需。也就是說，鯨擁有強(qiáng)大的運(yùn)輸氧氣和存儲(chǔ)氧氣的能力，而這也是某種生物能否長時(shí)間深潛的標(biāo)志之一。相比之下，人類的肌肉中只能儲(chǔ)存體內(nèi)約15%的氧氣，這也使得人類無法長時(shí)間深潛。

再來看看鯊的深潛本領(lǐng)。鯊是通過鰓進(jìn)行呼吸的，它的鰓位于頭部兩側(cè)，通過不斷游動(dòng)，海水中的氧氣會(huì)經(jīng)過鰓進(jìn)入體內(nèi)，體內(nèi)產(chǎn)生的二氧化碳則經(jīng)由鰓排出體外。為了獲得氧氣，除了睡覺（鯊的睡眠時(shí)間只有幾分鐘），鯊幾乎要不停地游動(dòng)。

除了像鯨那樣擁有大量血紅蛋白和肌紅蛋白，鯊能深潛還依靠一種特殊的儲(chǔ)氧物質(zhì)—角鯊烯。角 鯊烯具有類似紅細(xì)胞運(yùn)輸氧的功能，能夠在鯊體內(nèi)生成活化的氧化角鯊烯，并通過血液循環(huán)到達(dá)鯊的末端細(xì)胞，然后釋放出氧，促進(jìn)新陳代謝中的生物氧化-還原反應(yīng)，增加組織細(xì)胞對氧的利用能力，提高鯊對缺氧的耐受能力，讓鯊即便身處氧氣不足的深海也能獲得足夠的氧氣。肝臟是鯊合成角鯊烯的主要器官。鯊的肝臟很大，重量約占全部內(nèi)臟的90%、占自身體重的25%。

角鯊烯的藥用價(jià)值

角鯊烯，又名三十碳六烯，化學(xué)式C30H50，是一種在膽固醇合成等代謝過程中產(chǎn)生的多不飽和烴類，含有6個(gè)異戊二烯雙鍵，屬于萜類化合物。它最初就是從鯊的肝油中分離得到的，隨后發(fā)現(xiàn)其他魚及鯊魚卵油中也含有。角鯊烯在自然界的分布十分廣泛，在一些傳統(tǒng)藥物，如連翹、牛蒡子、玄參、冬凌草、浮萍、牡荊葉等都檢出了角鯊烯，但含量很低。

角鯊烯的6個(gè)烯鍵具有很強(qiáng)的攜氧能力。在缺氧環(huán)境中，角鯊烯能夠通過其特殊的化學(xué)結(jié)構(gòu)奪取生物體內(nèi)的氫離子，進(jìn)而釋放大量的氧供機(jī)體各組織和器官使用，這使得它成為一種無毒且具有防病治病作用的海洋生物活性物質(zhì)。目前，角鯊烯已廣泛應(yīng)用于化妝品、食品和醫(yī)藥行業(yè)。比如，它可作為保濕劑用于制造膏霜、乳液、發(fā)乳等化妝品，也可作為功效成分添加于保健食品中，還可作為藥劑用于治療貧血、糖尿病、便秘、齲齒等。醫(yī)學(xué)研究表明，角鯊烯具有抑制癌細(xì)胞、預(yù)防肝臟疾病和神經(jīng)疼痛、改善心血管系統(tǒng)、防止胃及十二指腸潰瘍、增強(qiáng)精力等功能，很多國家都將它列為藥物原料。

【責(zé)任編輯】諶 燕