安乐蜥的潜水秘密:自带“气瓶”在水下呼吸

作者: 蔡波

来源: 果壳

发布日期: 2019-02-21

安乐蜥家族中的水安乐蜥和溪安乐蜥被发现能够利用头部的气泡在水下呼吸,这一发现揭示了脊椎动物在水下呼吸的新机制。

安乐蜥(Dactyloidae)是一群“身怀绝技”的蜥蜴,它们生活在美洲,从美国东南部到巴拉圭都有它们的踪影,家庭成员有427种之多。它们有的能像壁虎一样的飞檐走壁、断尾逃生;有的长着鲜艳的喉囊,显摆“撩妹”;还有的,能像变色龙一样改变体色。对面的“妹子”看过来—一展开喉囊撩妹的条纹安乐蜥(Anolis lineatus) | Wikmedia Commons。

绿安乐蜥(Anolis carolinensis),既懂壁虎的游墙功,又会变色龙的伪装术 | Wikmedia Commons。是不是很厉害?不过,它们令人惊讶的地方还不止于此。最近,安乐蜥家族中就连出了两个“大新闻”:有研究人员拍摄到了安乐蜥在水下的细节,发现安乐蜥家族里还有优秀的“潜水员”!以前人们就发现,一些常在水边活动的安乐蜥在遇到危险时,会跳进水里躲上十几分钟不出来。

对于这一现象,学者们大多认为它们只是憋气能力强,没想到事情没那么简单。实际上,它们之所以能长时间潜水,并不是能憋气,而是可以自带“气瓶”在水下呼吸!这种“气瓶”就是挂在他们头上的大气泡(air bubble) | 琳希·斯维克(Lindsey Swierk)。

首次报道安乐蜥潜水细节的,是纽约宾汉顿大学(Binghamton University)的生态学家琳希·斯维克(Lindsey Swierk)。2018年12月20日,她在安乐蜥网站(http://www.anoleannals.org/)对外公布了这一发现,标题就是《一种热带蜥蜴在水下的呼吸过程》(Underwater Breathing by a Tropical Lizard)。

这种热带蜥蜴,就是分布在哥斯达黎加和巴拿马地区溪流附近的“水安乐蜥”(Anolis aquaticus)。水安乐蜥的身世鲜为人知,只有维基百科上巴斯克语(Euskara)和法语词条上各自不足20个单词的介绍,和哥斯达黎加的一些动物图鉴里的少量描述。斯维克团队在哥斯达黎加考察 | anoleannals.org。2015年,斯维克在哥斯达黎加的山间溪流附近注意到水安乐蜥。

它们对周围环境非常警惕,一旦发现风吹草动,就立刻跳进水里长时间潜伏起来。跳水逃生的安乐蜥 | livescience。斯维克在水安乐蜥胃里找到了水生昆虫,于是她买了水下相机,希望能发现它们在水下捕食的线索。不过,水下相机并没有记录到水安乐蜥在水下捕食猎物,却记录到了它们在水下利用气泡呼吸的情景。根据斯维克团队的记录,水安乐蜥潜水的时间最长居然可以达到16分钟!

在她截取的一段视频中能够看出,潜伏在水下的安乐蜥头部和躯干上都附着了一些空气,尤其是头部的气泡非常明显,水安乐蜥在反复地从气泡中呼吸空气。而后在后续报道中,斯维克更详细地分析了这一过程:水安乐蜥先呼出一个大气泡,然后再吸入,然后可以就从这个大气泡中提取氧气了。虽然浓度低,但也足以让它们在水下待得更久一点,以免受到天敌的威胁。

按理说,这个气泡体积不小,之所以没有飘走,很大原因可能是由于安乐蜥头部的某些特殊构造。她正在寻找合作者进行更进一步的研究。水安乐蜥在水下利用气泡呼吸 | anoleannals.org。无独有偶,在斯维克发布水安乐蜥利用气泡的消息后,生命科学(Live Science)网站在第二天也发布了一种安乐蜥“水下呼吸”的视频和采访,只不过主角是“溪安乐蜥”(Anolis oxylophus)。

溪安乐蜥 | Smithsonian- Channel。生物学家兼制片人尼尔·洛辛(Neil Losin)和奈特·达彭(Nate Dappen)在为史密森尼频道拍摄以安乐蜥为中心的纪录片“蜥蜴的法则”时,捕捉到了这一引人注目的镜头。起初,他们只是想找找溪安乐蜥长时间潜水的线索。最开始也以为它们只是憋气能力很强而已,可是在反复看了视频后,发现溪安乐蜥头顶出现了气泡。

溪安乐蜥能够反复利用这个气泡呼吸,在水里待的时间长达15分钟。溪安乐蜥在水下呼吸的情景 | livescience。这种气泡究竟是如何给安乐蜥提供氧气的呢?研究者们初步推测,可能是这些气泡具有“物理腮”的功能——氧气能从周围的水扩散到气泡中,同时二氧化碳能从气泡中扩散出去。而此前,科学家只在个别无脊椎动物中发现类似的现象。其中之一就是水蛛。

水蛛从欧洲一直到中国的北方都有分布,几乎一辈子都生活在淡水中。它们和其他蜘蛛一样,都有一个“生理肺”——书肺(Book lung)。书肺只能在空气中交换氧气和二氧化碳,但水蛛为了在水下呼吸,制造出了一张有圆顶的网,然后把空气放进去,形成一个个像钟一样的气泡“仓库”。要呼吸的时候,就去“提取”一点氧气。而这个气泡,就起到了一个“物理鳃”(也有人叫物理肺)的作用。

在温暖水体中,这个气泡室能从水中交换进来足够的氧气,排出二氧化碳,满足水蛛静止状态的所有氧需求。有时它们可以在气泡室内停留超过1天。当水体严重缺氧或者气泡室内气体快耗尽时,水蛛就用身上的绒毛去水面搬运一些空气到气泡室中,补充它的水下“呼吸仓库”。A是空气附着在水蛛腹部的疏水绒毛上 。B是一个小型气泡室,由隐形网支撑着,大小足以容纳水蛛的腹部 。C是水蛛正把水面的气泡运到气泡室 。

D是雌性水蛛待在她的气泡室中 | [2]。除了水蛛,生活在莫诺湖畔的碱蝇,也能够携带“空气潜水服”潜入水中觅食。碱蝇的“空气潜水服” | 参考文献[6]。接连上镜的安乐蜥,也许即将成为人们发现的首批能利用气泡在水下呼吸的脊椎动物。它们头顶保存大气泡的原理,又是否和碱蝇这样的无脊椎动物相似?这些就需要科学家们通过更进一步的研究来证实了。让我们拭目以待吧。

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