这些动物竟然用屁股呼吸?!等等,说不定人也可以

作者: 马东源

来源: 环球科学

发布日期: 2023-01-19 22:20:15

本文探讨了一些生物,包括龟、海参和泥鳅,如何利用屁股进行呼吸的奇特现象,并介绍了科学家在哺乳动物,包括小鼠和猪身上进行的实验,证明了通过肛门注入高浓度氧气或溶解氧气的液体,可以辅助呼吸。文章最后提到,这种技术未来可能应用于人类,作为一种辅助呼吸的方法。

有些生物,对于呼吸这件事,好像有什么奇奇怪怪的癖好。龟类作为用肺呼吸的爬行动物,却有不少生活在水里。很多人就会有这样一个疑问:龟在水里能不能呼吸呢?主流说法是,它们只是憋气很厉害,能在水下长期屏住呼吸,但仍然需要随时浮上水面换气。可凡事也不是绝对的,的确有研究指出一些龟会有在水下呼吸的机制,比如通过皮肤、口腔腔(buccopharyngeal cavity),以及屁股。

龟的尾部下方有一个多功能的孔腔叫做“泄殖腔”(cloaca),除了像人类的肛门一样排出食物残渣以外,龟的泄殖腔还有交配和产卵的作用。而一些淡水龟,比如玛丽河龟(Elusor macrurus)、白喉癞颈龟(Elseya albagula)和费兹洛河龟(Rheodytes leukops),还可以进行“泄殖腔呼吸(cloacal respiration)”——直白一点说,就是用它们的屁股来呼吸。

这些龟几乎都是生活在湍急水流中的淡水龟,在这种环境下,它们需要尽量少地到水面上去,从而避免被湍急的水流冲走,以及躲避天敌。而用屁股呼吸让它们能够在水下坚持更长的时间。成年费兹洛河龟在水下进行的呼吸可达到总呼吸量的40%,而亚成体能达到74%,在一些极端情况下,费兹洛河龟可以在水下待数天而不到水面上换气。

这得利于它们泄殖腔内的一个特殊结构——泄殖腔囊(cloacal bursae)。泄殖腔囊是位于泄殖腔背外侧的成对囊状外翻,其表面布满了众多的乳头状突起增加表面积,这些突起又遍布毛细血管。河龟在水里节律性地收缩泄殖腔周围的肌肉,使水流不断地流过泄殖腔囊表面的乳状突起,并进行氧气和二氧化碳的交换,从而达到呼吸的目的。

对于我们这些已经习惯了用口鼻呼吸的人类来说,用屁股呼吸这种行为可能实在过于奇怪,难以让人接受。不过这些淡水龟并不是唯一用屁股呼吸的动物——大自然可能比你想像中更热衷于“多功能肛门”这件事。

2021年发表在Med上的一篇论文给出了答案——可以!!!猪和鼠已经成功了,人类还会远吗?科学家同样是从泥鳅用肠道末端呼吸的例子中得到了启发:如果从哺乳动物的肛门注入高浓度的氧,哺乳动物肠道末端的毛细血管是否也能够吸收氧气用于血液循环?

他们首先在小鼠身上进行了实验。在足以致死低氧环境中,未做处理的对照组小鼠存活时间中位数约为11分钟,而从肠道末端注入纯氧的小鼠存活时间提高到了18分钟。接着研究者又用刷子摩擦小鼠肠末端上皮粘膜,削薄了肠道的黏膜屏障,使得氧气更容易扩散进血管,再注入纯氧后,小鼠在致死程度低氧环境中50分钟后的存活率达到了75%。

随后,研究者开始寻找在不破坏肠道上皮黏膜的情况下,为机体提供足够氧气的方法。他们使用溶解了氧气的全氟萘烷(perfluorodecalin)液体,全氟萘烷对氧气和二氧化碳具有显著的吸附能力,全氟化合物已经在临床上被用于肺内治疗,以减少因严重呼吸功能不全导致的肺损伤,对人体来说较为安全。

研究者向小鼠肛门注入溶解了氧气的全氟萘烷,发现在缺氧环境中,小鼠也能够坚持很长时间,其下腔静脉和左心室氧分压均显著高于对照组小鼠。接着他们又在更大的哺乳动物——猪身上重复了该实验,并确认了从肛门注入含氧全氟萘烷的安全性,在猪身上没什么副作用。

那么现在压力来到人类身上了,我们人类到底能不能用屁股呼吸呢?人类肠道末端的结构,与猪和鼠类似,从理论上来说,人应该也可以做到。看到这可能有人会觉得,科学家怎么这么无聊,还做这种实验,就算人能用屁股呼吸又怎样呢?

这样测试哺乳动物是不是能用屁股呼吸的研究,看似猎奇但无用,实际上意义重大。因为这些研究者的最终目的,的确是想将此技术用在人身上的。他们的出发点是为了在临床上开发辅助呼吸的技术。现在,研究团队也已经取得了人体研究的批准。期待在不久的将来,人类的肺出了问题的时候,或许也可以用屁股来拯救吧。

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