進化生物學家發現一些蜥蜴能夠在水下呼吸的原因

據媒體報導,來自多倫多大學的一個進化生物學家團隊的研究表明,安樂蜥能夠藉助附著在其鼻子上的一個「氣泡」在水下呼吸。安樂蜥是一個多樣化的蜥蜴群體,在整個熱帶美洲地區都有發現。一些安樂蜥是溪流專家,這些半水生物種經常潛入水下以躲避捕食者,它們可以在水下停留長達18分鍾。

進化生物學家發現一些蜥蜴能夠在水下呼吸的原因

多倫多大學生態與進化生物學系(EEB)的理科碩士畢業生Chris Boccia說:”我們發現,半水生安樂蜥將空氣呼入一個氣泡,這個氣泡附著在它們的皮膚上。Boccia是本周發表在《當代生物學》上的一篇描述這一發現的論文的主要作者。

“蜥蜴然後重新吸入空氣,”Boccia說,”我們根據潛水技術將這種操作稱為’再呼吸’。”研究人員測量了氣泡中空氣的氧氣含量,發現它隨著時間的推移而減少,證實了『再呼吸』氣參與了呼吸作用。

「再呼吸」很可能是由於能夠在水下停留更長的時間,增加了蜥蜴躲避捕食者的機會而進化的。

作者研究了六種半水生安樂蜥,發現所有的安樂蜥都擁有再呼吸的特徵,盡管大多數物種都是遠親。雖然對水生節肢動物如水甲蟲的再呼吸進行了廣泛的研究,但由於節肢動物和脊椎動物之間的生理差異,它在蜥蜴中並不被預期。

“再呼吸從未被認為是脊椎動物水下呼吸的一種潛在自然機制,”EEB副教授、Boccia的論文導師Luke Mahler說。”但是我們的工作表明,這是可能的,而且在使用水生棲息地的物種中,安樂蜥已經反復部署了這種策略。”

Mahler和來自堪薩斯大學的合著者Richard Glor於2009年首次在海地觀察到安樂蜥的呼吸,但未能進行進一步的觀察或實驗。另一位合著者,來自紐約州立大學賓漢姆頓大學的Lindsey Swierk,於2019年在哥斯大黎加的一個物種中描述了同樣的行為。這些早期的觀察表明,「再呼吸」是對潛水的一種適應,但這個想法直到現在還沒有得到檢驗。

進化生物學家發現一些蜥蜴能夠在水下呼吸的原因

Boccia在巴拿馬遇到水生安樂蜥後,對其產生了興趣。他於2017年在哥斯大黎加開始了他的「再呼吸」調查,並在哥倫比亞和墨西哥繼續研究。

正如作者所指出的,「再呼吸」的特性可能是由於安樂蜥的皮膚是疏水的–這一特性很可能在安樂蜥身上進化出來,因為它可以保護它們免受雨水和寄生蟲的侵害。在水下,氣泡附著在疏水的皮膚上,利用這些氣泡進行呼吸的能力因此而發展。

雖然還需要進一步的工作來了解這一過程的細節,但Boccia、 Mahler和他們的同事提出了「再呼吸」可能發揮作用的不同方式。

在其最簡單的形式中,蜥蜴鼻子上的氣泡可能像一個水肺罐,除了肺部的空氣外,還為淹沒的動物提供了空氣供應。這就是水生節肢動物如水甲蟲所做的,以延長它們可以保持在水下的時間。研究人員還認為,「再呼吸」過程可能有利於利用在蜥蜴的鼻腔、口腔和氣管中發現的空氣,否則這些空氣不會被蜥蜴用於呼吸。

該氣泡還可能通過其他研究人員已經在水生節肢動物中觀察到的過程,幫助排出呼出空氣中的廢棄二氧化碳。這些研究認為,由於二氧化碳在水中的溶解度很高,而且氣泡中的二氧化碳含量高於周圍的水,所以呼出的二氧化碳會溶解到周圍的水中,而不是被重新吸入。

最後,作者推測,氣泡可能作為一個鰓,從水中吸收氧氣–這也是已經在節肢動物中觀察到的。Boccia和Mahler正在計劃進一步的研究,以確認這些再呼吸過程是否發生在安樂蜥身上。

據Mahler說:「這項工作豐富了我們對生物體迎接其環境所帶來的挑戰的創造性和意外的方式的理解。這本身就很有價值,但是像這樣的發現對人類來說也很有價值,因為我們正在尋求解決我們自己的挑戰性問題。」

「現在判斷蜥蜴的再呼吸是否會導致任何特定的人類創新還為時過早,」Boccia說,「但是再呼吸的生物模仿可能是幾個領域的有趣提議–包括潛水再呼吸技術,這促使我們對這一現象進行命名。」

來源:cnBeta