三类水生动物的呼吸器官及其功能概述

余经裕 朱静

摘 要：本文介绍海参、蜻蜓的幼虫水虿和水栖龟这三类水生动物的呼吸器官及其功能。

关键词：水生动物;呼吸方式;泄殖腔;直肠鳃;呼吸树;副膀胱

氧气是大多数动物所需要的。动物通过呼吸吸收氧气进行代谢获得生命活动所需要的能量。陆生动物常用肺或皮肤作为呼吸器官，而水生动物则主要以鳃或皮肤吸收氧气。本文介绍海参、蜻蜓的幼虫水虿和水栖龟鳖这三类奇特的水生动物长在泄殖腔中的呼吸器官及其功能和机制。

1 水虿及其直肠鳃

蜻蜓的稚蟲，羽化时不经过蛹的阶段，又称之为水虿。水虿主要生活在水中，以蚊子的幼虫等水生生物为食，一般可以作为水污染程度的指标。

气管鳃是一种中空、壁薄、内含气管分支的体壁或肠内壁向外突出形成的丝状或薄片状结构。分布在水生昆虫中的气管鳃一般气管分支较多，呈网状，而且直径都比较小。虽然气管鳃直径微小，但其呼吸能力却很大，如蓝纹蟌的稚从通过气管鳃呼吸的总量占32%-60%。水虿的气管鳃分布在直肠处，又称之为直肠鳃。水虿的气管鳃长在直肠处主要是需要通过体腔壁对气管鳃进行保护。

直肠鳃是通过直肠尾端收缩吸入体内的水分中的氧气扩散进入直肠鳃的微气管，然后通过气管输送到体内任何一个需要氧气的区域，用以维持生命活动中的能量消耗，同时二氧化碳也可以通过微气管扩散到水中，与水一同排出体外。因此，水虿为了能够呼吸更多的氧气所以需要不断的通过腹部进行吸水和排水。水虿使用直肠管鳃呼吸的原因主要是：1其机制比较简单，吸收氧气的同时也可以排除代谢废物二氧化碳，且长在直肠处的气管鳃受体壁保护不易受伤害;2在其每次腹部收缩挤压不断的吸水和排水时，直肠内几乎有85%的水分被重新更新。在每次更新的过程中，都可以通过呼吸运动清洗直肠鳃和直肠以保持清洁;3在遇到危险时水虿可迅速将腹中用于吸收氧气的水从肛门喷出，以此作为一个反向推动了加快逃跑速度。

2 海参及其呼吸树

海参属于棘皮动物门海参纲，其形态结构五辐射对称不明显，且在一定程度上呈两侧对称，与其他的棘皮动物结构形成明显的差异。海参还有变色、排脏等特有的保护和防御技能。

海参泄殖腔背面腔壁向体腔突出一短管，由短管向左右伸出两枝盲管，两条分枝的盲管伸入体腔后并重复分枝，称之水肺，因其形如树状所以又称之为呼吸树，是海参的呼吸器官。呼吸树的末端管道壁较薄，利于氧气的吸收。海参的呼吸树在还剩夏眠时退化，体积减小。

新鲜海水从肛门进人海参泄殖腔，再由泄殖腔进人呼吸树，在呼吸树的管壁进行气体交换，管壁吸收氧气排除二氧化碳，经气体交换后的海水又经泄殖腔，由肛门排出体外。另在满潮时海参每分钟可以多次的吸水、排水，退潮时则借助泄殖腔、和呼吸树内的水进行呼吸，有时也可以几小时不进行海水交换。海参呼吸时通过泄殖腔及呼吸树有节奏地收缩与扩张，使水流入与流出以进行气体的交换。海参一次收缩就可将呼吸树中的水分完全排光，因此，呼吸树一般还兼有排泄作用。体腔液具有变形细胞，变形细胞能收集体腔中的代谢产物穿过呼吸树的管，随呼吸树中的海水流人泄殖腔，经肛门排出体外。海参使用呼吸树呼吸的主要原因是呼吸树的每次收缩可更换全部的水分，使其能够吸收更多的氧气和及时排出代谢废物;另外由于呼吸树分支较多能存储大量水分，在不能及时收缩换水时，有足够的氧气使用。

3 水栖龟鳖及其副膀胱

龟鳖类属爬行纲、龟鳖目，是现存最古老的爬行动物。大多数龟鳖类可营陆生和水生两种生活方式。因肋骨与被甲板愈合，无胸廓，所以其呼吸方式不同于其他爬行动物。在陆地上主要以肺呼吸，在水中时还有其他的辅助呼吸机制。

龟鳖的泄殖腔的两侧各有一个薄壁的囊状物，由胚胎时期尿囊遗留部分转化而成，称之为滑囊或副膀胱，囊壁分布了大量的绒毛和毛细血管。龟鳖类通过泄殖腔吸水经腔内副膀胱表面的毛细血管吸收氧气共自己利用，通过泄殖腔不断的吸水、排水完成整个呼吸过程[2]。普通的龟鳖类通过副膀胱吸收的氧量只占其总含氧量额4%左右。而Toni E. Priest和Craig E. Franklin发现产于澳大利亚的费兹洛河龟的滑囊吸氧量占总量的41%，表明使用副膀胱呼吸是其主要的呼吸方式之一。

龟鳖在营水生生活时有时需要长达几小时不出水面，甚至更久，但龟鳖类的体表面大都身披甲壳，根本无法有效的通过皮肤进行呼吸，其肺所储存的氧气也不够长时间水下生活使用。另外动物在进行肺呼吸的时候胸腔都会膨胀，肺部就会产生空位，然后吸入空气平衡压力，呼气时胸腔恢复正常，且整个过程不需要消耗多少能量。然而龟鳖类却做不到这一点，因为它们的内龟壳就长在胸腔，所以胸腔就不能鼓起，那么它们的躯体必须向躯壳的边缘伸展开来，用以减少反向的压力。以此方式呼吸就要消耗大量的能量，不利于其生存。所以龟鳖类通常使用其处于泄殖腔内的副膀胱进行呼吸。另外，雌性的龟鳖通过副膀胱吸收的水分还有润湿卵窝的作用。

4结语

动物界种类繁多， 生活环境、生活方式多种多样，动物的呼吸也会随着其生存环境的不同而呈现多种形式。不同动物的呼吸方式都有其特定的生活意义。以上介绍的这三类水生动物通过长在泄殖腔的呼吸器官进行呼吸的方式十分少见和有趣。在水里生活的动物由于水中的含氧量低及水压高等一系列的原因使其选择将呼吸器官生长在泄殖腔这一特定的位置，这样便能够更容易的获得氧气，有利于生存。这种呼吸方式是生物进化的一种积极表现。