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你背上氧气瓶，纵身跃入海洋，即使没有鱼鳃，也能自由呼吸。携带水肺的你，像鱼儿一样在珊瑚礁间穿梭，像螃蟹一样在海底沙砾上横行。不过水肺潜水可不是你的专利，很多没有鳃的动物也有自己的外用氧气瓶。
说起水中呼吸，靠鳃换气只是一种方式。其它呼吸办法还有：靠憋气，用体内储存的氧气呼吸，比如鲸和企鹅。靠皮肤换气，比如海蛇和海星。另外一种呼吸方式，跟我们一样，不依靠自身呼吸天赋，而是依靠外援，外带氧气瓶下水，比如蜥蜴、蜘蛛、昆虫。
上图是哥斯达黎加蜥蜴的水下照片，它头上顶着外带氧气瓶。水蜥蜴（Anolis aquaticus）生活在山林溪水边，奔跑的速度并不快。跑不过天敌没关系，它有一个避敌绝招：藏到水里。
美国宾汉顿大学团队拍摄到水蜥蜴在溪水里，依靠头顶上的空气泡吞纳吐息。它的空气泡有点儿像你的鼻涕泡，随着气体的呼出吸入而扩大缩小。水蜥蜴在溪水里安静地呆了16分钟，发现摄影师后转身逃走了。如果没人打搅，依靠头顶空气泡，它在水里停留的时间远远超过16分钟。
水蜥蜴下水不仅仅为了逃避捕食者，它潜水时还会捕食昆虫，团队在它的胃里发现了很多水生昆虫。趴在水底时，气泡稳稳地驻扎在水蜥蜴的头顶。呼吸吐纳之间，气泡既不会破裂，也不会飘离皮肤。团队对水蜥蜴的观察刚开了个头，水蜥蜴怎样控制气泡的研究正在进行之中。
虽然水蜥蜴的水下空气泡研究刚开始，但另外一种动物的外带空气泡已经被分析得很全面了，它就是我们熟悉的水蜘蛛。相比水蜥蜴的小气泡，水蜘蛛的气泡要大得多。有些蜘蛛甚至在水下建造一个空气站，依靠气站，可以整天住在水里不上岸。
水蜘蛛
水蜘蛛（Argyroneta aquatica，也叫潜水钟蜘蛛）很常见，足迹遍布欧亚大陆，生活在干净的湖泊池塘之中。
找片波澜不惊的平静水域，水蜘蛛下水安家过日子。在水草间用蛛丝编制一张网，网上挂上一个空气泡。布置妥当后，水蜘蛛爬上蛛网，肚皮贴着空气泡，安安静静地等着小虫小鱼小虾米自投罗网。
水蜘蛛椭圆形的空气泡像口小钟，开口朝下，钟面晶莹剔透。它的空气钟跟水蜥蜴的空气泡有点儿不一样，水蜥蜴的气泡靠水的表面张力形成，加一点儿外力扰动，很容易破损。而空气钟是水蜘蛛用蛛丝和一种蛋白质水凝胶编织成的，像你用泡泡糖吹出的泡泡，有弹性能持久。
空气泡只能随身携带，空气钟却能固定安置在水下蛛网上。当空气钟里的气体用完后，水蜘蛛浮到水面上，随身带个小气泡充点儿气，然后下水回到空气钟，补充里面的气体。
上图左边是一只水蜘蛛随身携带的小气泡，右边是水蜘蛛挂在蛛网上的空气钟。空气钟有大有小，一般根据蜘蛛的身材匹配尺寸，大个头的蜘蛛用大钟，小个头的用小钟。空气钟并不是封闭的球体，它像挂钟一样，底部开口。小的空气钟开口处只够蜘蛛把肚皮放进去，大的空气钟像个房间，整只蜘蛛都能住在里面。当雌蜘蛛要产卵时，会建造一只像蚕茧一样的大空气钟，这是它的育婴室，雌蜘蛛在里面产下
30～70枚蛛卵。
上图是雌蜘蛛的空气钟。空气钟不仅能储存空气，还能跟周围的水进行气体交换。钟壁是一层透气不透水的薄膜，依靠内外气体分压差的驱动，空气钟内的二氧化碳会扩散到水里，水里的氧气能进入到空气钟内。不过内外气体交换并不均衡，空气钟内的气体浓度和体积会慢慢改变。当氧气进来，二氧化碳排出的时候，钟内的另一种气体，
氮气，也会从空气钟内扩散到水里。排出的气体多过进入的气体，随着时间流逝，空气钟的体积越缩越小，钟内的氧气浓度也越来越低。这时候蜘蛛会回到水面上，携带空气来补充它的水下气站。水蜘蛛补充气体的时间间隔是多久？温度越高，水里溶解氧的浓度越低。水温、水流缓急、酸碱物质都影响了水中氧气的浓度。这些变化的外部环境，还有空气钟的尺寸大小，又会影响水蜘蛛在水下的呼吸时长。虽然外部环境有所不同，但是水蜘蛛补充气体的时间间隔还是比你预期的要长。
澳大利亚阿德莱德大学和德国洪堡大学团队，用光纤探针（针尖尺寸小于50μm）测量空气钟内的氧气含量，计算钟内气体体积，研究水蜘蛛水下呼吸的规律。
团队收集了14只空气钟的气体变化数据，发现即使在最炎热的天气，水域静止不动的情况下，水蜘蛛也能依靠空气钟在水下长时间停留。70%的水蜘蛛在水下呼吸24小时以上，才会游到水面上来补氧。只有在严重缺氧的水域，或者是空气钟尺寸过小的情况下，水蜘蛛才会加快补氧频率。
空气钟是水蜘蛛在水里的物理鳃，编织一口空气钟，水蜘蛛变成了水生生物。
如果说空气钟是水蜘蛛的“鱼鳃”的话，那么仰游虫的空气泡就是它的“鱼鳔”了。仰游虫随身携带空气泡除了能给它供氧外，还能给它提供浮力。[头条-法兰西is培根-未经授权请勿转载其他平台]
仰游虫
仰游虫（Anisops deanei，也叫仰泳蝽），顾名思义，它在水里运动时，采用的是背脊朝下肚皮朝天的仰泳姿势。
仰游虫的肚皮上有一凹槽，它下水时，在凹槽和疏水纤毛的空间处储存了一个小气泡。相比水蜥蜴和水蜘蛛的空气泡，仰游虫的气泡小得可怜。正是这个小气泡，控制了它潜水时的停留时间。
跟水蜘蛛的空气钟一样，仰游虫的空气泡也能在水中交换气体。随着氮气的外渗，空气泡的体积会越来越小。当气泡小到不能给仰游虫提供足够的浮力时，仰游虫就会游上水面，换个新气泡。
团队用2种不同的气体，替换空气泡中的氮气（N2）。替换气体分别是：氦气（He）和六氟化硫（SF6）。氦气的扩散速度比氮气快，六氟化硫的扩散速度比氮气慢。替换以后的实验结果符合预测，气泡体积决定仰游虫的潜水时长：正常携带氮气气泡的仰游虫，潜水2分钟。携带氦气气泡的仰游虫，只能潜水1.5分钟。而携带六氟化硫气泡的仰游虫，潜水时间为3分钟。
仰游虫刚下水时，必须努力划水才能克服空气泡的浮力。空气泡中的氧气被呼吸消耗后，会从水里吸收溶解氧做补充，气泡中20%的氧气来自水中的溶解氧。不过从水里吸收的气体不够用，气泡体积会持续缩小，浮力也随之下降。当仰游虫快要失去空气泡的浮力时，它开始放大招了：仰游虫释放出储存在腹部血红蛋白里的氧气，补充空气泡中的氧气 。仰游虫用自带的氧气来调节气泡的体积，维持它在水里的中性平衡。
跟水蜘蛛不同之处在于：决定仰游虫潜水时长的关键因素是气泡的体积，而不是气泡中氧气的浓度。水蜘蛛的空气钟是它的氧气瓶，而仰游虫的空气泡是它的救生圈。
当你潜水时，装备全副武装：氧气瓶，
BCD（浮力调节装置），配重带。呼吸依靠氧气瓶供氧，在水中下沉上浮时依靠BCD调节浮力，潜水新手腰间还得揣上几块铅块才能沉入海洋。现在来看看什么装备都没有的动物吧，它们赤手空拳，自个儿吹个空气泡就能实现水肺潜水。只需要一个气泡就能做到水中呼吸，调节浮力保持中性平衡。水肺潜水的本领，水蜥蜴、水蜘蛛、仰游虫，统统都比你优秀。自然界一直走在我们的前面，平凡不起眼的蜥蜴、蜘蛛、昆虫，也拥有我们比不上的天赋本领。
1：“Anolis aquaticus (= Norops aquaticus) (Water Anole). Underwater breathing”，Swierk, L.， Herpetological Review， 2019
2：“The diving bell and the spider: the physical gill of Argyroneta aquatica”, Roger S. Seymour et al., Journal of Experimental Biology， 2011
3：“Air bells of water spiders are an extended phenotype modified in response to gas composition”， Schütz, D. et al., Journal of Experimental Zoology， 2007
4：“Gas exchange and dive characteristics of the free-swimming backswimmer Anisops deanei”，Karl K. Jones et al., Journal of Experimental Biology， 2015
附：今天更新自然界里的秘密系列文章，这是第26篇：水肺潜水。
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