魚、水母、海星和海參都能夠在水下吸取氧氣。數(shù)億年前，人類以及長有脊椎和四肢的所有陸地生物的遠(yuǎn)古祖先物種都擁有水下呼吸的能力，但當(dāng)它們完全開始陸地生活從空氣中吸取氧氣，它們便逐漸喪失了水下呼吸能力?，F(xiàn)今人們僅能使用特殊設(shè)備水下呼吸，或者像新近上映的科幻電影《海王》中擁有特殊水下生存能力的人。
《海王》中講述了半人類、半亞特蘭蒂斯人的混血兒“海王”（杰森·莫瑪飾演）和長得像人類的亞特蘭蒂斯表親們?nèi)绾卧谏詈Ｖ凶杂珊粑?，電影中提及到“鰓”，雖然劇情中未詳細(xì)描述鰓的結(jié)構(gòu)，但是它給觀眾們留下了深刻印象。在現(xiàn)實(shí)生活中水下生物是如何在水中呼吸的呢？
事實(shí)上，地球海洋、湖泊和河流中存在大量溶解氧，但是我們?nèi)梭w肺部根本無法處理這些溶解氧。然而世界上的水棲生物已進(jìn)化形成幾種水中獲取氧氣的方法。
遠(yuǎn)古技術(shù)
像水母等一些生物是直接通過皮膚從水中吸收氧氣，美國北卡羅萊納大學(xué)副教授麗貝卡·赫爾姆(Rebecca Helm)稱，水母體內(nèi)胃循環(huán)消化腔具有兩重作用，可以消化食物，并且能夠處理周圍的氧氣和二氧化碳。
事實(shí)上，地球上最早使用氧氣的微生物和水母一樣，它們也是通過擴(kuò)散獲得氧氣。據(jù)《無脊椎生物：水母的科學(xué)和脊骨生長的藝術(shù)》作者、海洋科學(xué)家朱莉·貝瓦爾德(Juli Berwald)表示，這種遠(yuǎn)古的水下呼吸方式可能出現(xiàn)在大約28億年前。
貝瓦爾德稱，由于只有一個(gè)外細(xì)胞層和一個(gè)內(nèi)細(xì)胞層，而且它們身體內(nèi)部是果凍狀，沒有細(xì)胞，所以它們不需要細(xì)胞，不像其它水棲生物需要過多氧氣維持實(shí)際的身體組織。
然而，這種通過擴(kuò)散的“水下呼吸”也存在著缺點(diǎn)。這比使用循環(huán)系統(tǒng)將氧氣傳輸至身體遠(yuǎn)端更慢一些，這可能意味著水母的生長是有限制的。
“后門”方法
棘皮動物是一種海洋生物，其中包括：海星、海膽和海參，它們能通過身體表面氧氣擴(kuò)散進(jìn)行呼吸。美國國家歷史博物館無脊椎動物學(xué)家克里斯多夫·馬赫(Christopher Mah)稱，當(dāng)海水流過皮膚上叫做丘疹(papulae)的突起結(jié)構(gòu)以及管足(tube feet)凹槽處時(shí)，海星可以獲取氧氣。
然而，一些淺水域海參生物對于呼吸具有不同類型的特殊適應(yīng)——位于腔門附近的呼吸樹狀體腔可以吸氧。當(dāng)海參的直腸開口將水吸入身體，呼吸樹將提取氧氣并排出二氧化碳。馬赫說：“它簡直就是用屁股進(jìn)行呼吸?！?/p>
“基本藍(lán)圖”
據(jù)東北漁業(yè)科學(xué)中心介紹，對于魚類而言，鰓是一種成功的呼吸系統(tǒng)，它使用血管網(wǎng)絡(luò)從流水中吸入氧氣，然后通過鰓膜進(jìn)行擴(kuò)散。
美國尼古拉斯州立大學(xué)生物科學(xué)系副教授所羅門·大衛(wèi)(Solomon David)說：“大多數(shù)魚類，它們的鰓部都有相同的工作原理?！?/p>
大衛(wèi)說：“它們是利用鰓部進(jìn)行反向氣體交換——將氧氣抽出來，然后釋放出廢氣。當(dāng)魚張開嘴的時(shí)候，會一股水流流過魚鰓，微紅色、高血管化組織吸取氧氣，然后排出二氧化碳。這有點(diǎn)兒像人體肺泡中的毛細(xì)血管?！?/p>
然而，魚鰓吸收氧氣并非適應(yīng)所有情況，魚鰓結(jié)構(gòu)可以在不同物種之間變化，其最終目的是滿足氧氣需求。例如：快速游動的金槍魚的魚鰓與活動較少、伺機(jī)伏擊的鱷雀鱔相差很大。如果一個(gè)活躍的捕食性魚類，它們始終會需要不同的魚鰓適應(yīng)高氧需求。
大衛(wèi)補(bǔ)充稱，鰓的形狀甚至可以在同一物種的不同個(gè)體之間變換，這主要取決于它們生活水域的氧氣條件。最新研究表明，當(dāng)魚類水棲環(huán)境遭受污染時(shí)，它們會調(diào)整鰓的形態(tài)，隨著時(shí)間的推移，鰓絲會變得更加緊密，從而排斥水中的污染物質(zhì)。
一些水生兩棲生物也長有腮——從頭部向外延伸的分支結(jié)構(gòu)，美國佛羅里達(dá)大學(xué)自然資源和環(huán)境學(xué)院水棲生態(tài)學(xué)家柯爾斯頓·赫克特(Kirsten Hecht)稱，這是兩棲動物的一種幼體特征，隨著大多數(shù)物種的成熟，該特征會逐漸消失，但是一些水棲蠑螈會保留外部鰓結(jié)構(gòu)，一直到成年階段。
赫克特說：“肺魚，是一種使用改良魚鰾在水中獲取氧氣的魚類，有趣的是，在它們幼年時(shí)期，長著外部腮，所有肺魚物種到達(dá)成年期之前外部腮會消失。”
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