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变色龙在水下是如何呼吸的?

变色蜥

近日,一个来自加拿大多伦多大学的进化生物学家团队证明,变色龙/变色蜥(anoles)能够在水下呼吸,因为它们的鼻子上附着着一个气泡。相关论文发表在《当代生物学》杂志中。

变色龙种类繁多,遍布热带美洲。一些变色龙是潜水专家,它们经常潜入水下躲避捕食者,潜水时间可长达18分钟。论文第一作者、文理学院生态与进化生物学系(EEB)最近毕业的理科硕士Chris Boccia说:“我们发现,半水栖变色龙会将空气呼出,形成附着在皮肤上的气泡。随后,它会重新吸入气泡中的空气。这种动作我们称之为‘重复呼吸’,源于潜水技术。”

研究人员测量了气泡中空气的氧气含量,发现它随着时间的推移而下降。这也证实了气泡中的空气与呼吸有关。这种水下呼吸的能力增加了变色龙躲避捕食者的机会,因此它们保留了该功能的进化。作者研究了六种半水栖变色龙,发现它们都具有重复呼吸的特征。

EEB助教、Boccia的论文导师LukeMahler说:“重复呼吸此前从未被认为是脊椎动物水下呼吸的潜在自然机制。但我们的研究表明这是可能的,生存在水生栖息地的变色龙会反复利用这一策略。”

Boccia在巴拿马遇到一种水生变色蜥后,对它产生了兴趣。2017年,他开始在哥斯达黎加展开调查。正如作者指出的那样,变色龙具有重复呼吸的特性可能是因为它的皮肤疏水。这一特征源于进化,因为它可以保护变色龙免受雨水和寄生虫的侵袭。在水下,气泡因疏水性而附着在皮肤上,变色蜥也顺其自然开发了利用气泡呼吸的能力。

Boccia、Mahler和合著者提出了重复呼吸发挥潜在作用的不同方式。最简单的猜测是,变色龙鼻子上的气泡就像一个潜水水箱,在潜伏水下时为它们提供除肺内空气以外的大量空气。此外,研究人员还指出,这种重复呼吸过程或许能帮助变色龙利用鼻腔、口腔和气管中的空气,否则它们很难使用这些空气。这些气泡还可能通过一种已经在水生节肢动物身上观察到的过程,帮助从呼出的空气中清除多余的二氧化碳。这些研究得出的结论是,由于二氧化碳在水中高度溶解,而且气泡中的二氧化碳水平高于周围水,呼出的二氧化碳会溶解到周围的水中,而不是被重复呼吸。最后,作者推测,气泡可能起到了鳃的作用,从水中吸收氧气。同样,这也是在节肢动物中已经观察到的现象。

Mahler表示:“这项工作丰富了我们对生物应对环境挑战时一些具有创造性的方式的理解。”

Boccia补充道:“现在断言变色龙的这种能力是否会给人类带来创新方面的提示还为时过早,但对有些领域来说,仿生重复呼吸可能是一个有趣的命题。”

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编译:木木 审稿:西莫 责编:陈之涵

期刊来源:《现代生物学》

期刊编号:0960-9822

原文连接:https://phys.org/news/2021-05-evolutionary-biologists-mechanism-enables-lizards.html

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