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魚鰓能在水里呼吸的原理 魚為什么不能吸空氣里的氧氣


人不能長(zhǎng)時(shí)間待在水下,最大的痛點(diǎn)就是無(wú)法從水中直接獲取氧氣,雖然氧氣瓶的發(fā)明一定程度地解決了這個(gè)問(wèn)題,但是氧氣瓶中氧氣的含量是固定的,一旦氧氣消耗完畢,人就必須出水 。
早在2018年,國(guó)外的一個(gè)設(shè)計(jì)師就在電影中受到了啟發(fā),仿生魚類的呼吸系統(tǒng)發(fā)明了一個(gè)“人造魚鰓”,不過(guò)由于人造魚鰓的不穩(wěn)定性和電池的容量太小,這個(gè)發(fā)明最終也沒(méi)有量產(chǎn)問(wèn)世 。

魚鰓能在水里呼吸的原理 魚為什么不能吸空氣里的氧氣


我們羨慕魚兒能在水里自由自在的游動(dòng),而魚兒同樣也羨慕我們?cè)陉懙厣献杂傻谋寂?,因?yàn)轸~離水后都有死亡,只不過(guò)時(shí)間有長(zhǎng)短而已,像麥穗魚、翹嘴魚它們離水后,幾分鐘就會(huì)死,而像肺魚,它們甚至能在離水的情況下生存4年之久 。
魚離水后生存時(shí)間的長(zhǎng)短,其實(shí)與它們從空氣中獲取氧氣的能力有很大的關(guān)系 。那么,魚可以從氧氣含量低的水中獲取氧氣,但為什么直接從空氣中獲取氧氣的能力卻非常弱呢?我們一起來(lái)聊一聊這個(gè)問(wèn)題 。
魚鰓能在水里呼吸的原理 魚為什么不能吸空氣里的氧氣


為何不同的魚離水后死亡時(shí)間差異很大?不同的魚離水死亡時(shí)間有著很大的區(qū)別,這與不同魚對(duì)氧氣的需求大小有很大的關(guān)系,通常底棲型魚類比淺水層的魚在離水后活得更久,這是因?yàn)樗讓雍蜕蠈拥暮趿坎煌瑢?dǎo)致的 。
水中的氧氣主要是來(lái)自于空氣,也就是水溶氧,所以越接近水面,含氧量越高,當(dāng)然,水溶氧與溫度呈反比,氣溫越高,水溶氧越低,這就是為什么夏天經(jīng)常能夠看到魚浮頭的原因 。
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不過(guò),在相同的水體內(nèi),上層的氧氣含量始終要大于底層,因此底層的魚類更能適應(yīng)低氧的環(huán)境,這就是為了麥穗魚出水死,而鯽魚卻能活一段時(shí)間的原因 。
當(dāng)然,除了魚類的棲息習(xí)性不同外,還有一個(gè)關(guān)鍵的因素能左右魚離水的時(shí)間,那就是直接從空氣中獲取氧氣的能力 。
魚鰓能在水里呼吸的原理 魚為什么不能吸空氣里的氧氣


所有的魚都可以從空氣中獲取氧氣,但是對(duì)于大多數(shù)魚來(lái)說(shuō),它們從空氣中獲取氧氣的能力太弱了,這是因?yàn)榇蠖鄶?shù)魚都是通過(guò)魚鰓過(guò)濾水中的氧氣來(lái)維持生命的,一旦直接從空氣中獲取,一方面獲取的量不足以支撐它們身體的正常消耗,一方面離開水后它們的魚鰓處的粘液會(huì)慢慢的變粘稠,逐漸的就無(wú)法正常開合了,這就相當(dāng)于堵上了我們的口鼻,是無(wú)法呼吸的,最終只能活活的憋死 。
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但是,對(duì)于一些特殊的魚類來(lái)說(shuō),離水最終雖然會(huì)死,但是它們?cè)谙喈?dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)是不會(huì)有問(wèn)題的,比如彈涂魚和肺魚 。
彈涂魚是一種可以在地面上跳躍的魚,而且它們甚至能跳到紅樹林中低矮的樹上,變成“鳥魚”,而它離水能自由自在的原因在于:彈涂魚并不過(guò)分的依賴魚鰓的呼吸能力,它的皮膚和口腔粘膜都能將空氣中的氧氣溶解,然后供給身體 。
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這種呼吸方式與蚯蚓特別的相似,因此彈涂魚只能在海岸泥地以及紅樹林,這類水分含量較大的地方跳躍,因?yàn)橐坏w表被曬干,它們也就無(wú)法呼吸了,最終只有死路一條 。
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肺魚與彈涂魚離水呼吸的機(jī)制是不一樣的,因?yàn)榉昔~將魚鰾演化出了肺的能力 。一般情況下,魚鰾是魚類調(diào)節(jié)在水中深度的工具,但是肺魚在漫長(zhǎng)的演化中,讓魚鰾演化成了氣體交換的場(chǎng)所,其原理與我們的肺比較相似,這使得肺魚的魚鰓退化,基本靠“肺”呼吸 。(下圖為土塊里的肺魚,放入水中立即生龍活虎)

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