《Current Biology》挑战认知：变色龙在水下能呼吸！

一组进化生物学家已经证明了Anolis蜥蜴，或anoles，能够在水下呼吸借助一个附着在它们鼻子上的气泡。一些变色蜥是河流专家，这些半水生物种经常潜入水下以躲避捕食者，在那里它们可以在水下停留长达18分钟。研究人员将这种潜水技术称为“再呼吸”。

　　

 

   

一只Anolis蜥蜴的特写，它的鼻子上有一个用于重呼吸的气泡。

一个来自多伦多大学的进化生物学家团队证明，Anolis蜥蜴，（俗称变色龙），能够在水下呼吸借助附着在它们鼻子上的气泡。

它们广泛分布在美洲热带地区。一些变色蜥是河流专家，这些半水生物种经常潜入水下以躲避捕食者，在那里它们可以在水下停留长达18分钟。

“我们发现，半水栖的变色蜥蜴会将空气呼入附着在皮肤上的气泡中，”这篇《Current Biology》文章的主要作者文理学系生态与进化生物学(EEB)的理科硕士毕业生

Chris Boccia说。“这是我们在发现水肺潜水技术后，又发现的‘再呼吸’动作。”

研究人员测量了气泡中空气中的氧气含量，发现随着时间的推移氧气含量会减少，这证实了再吸入的空气与呼吸有关。再呼吸可能是进化的原因，因为在水下停留的时间越长，蜥蜴就越有机会躲避捕食者。

作者研究了六种半水生变色龙，发现它们都具有再呼吸的特征，尽管大多数物种是远亲。虽然在水生节肢动物(如水甲虫)中已经进行了广泛的再呼吸研究，但由于节肢动物和脊椎动物之间的生理差异，预计不会在蜥蜴中进行再呼吸。

“再呼吸从未被认为是脊椎动物水下呼吸的一种潜在的自然机制，”EEB的助理教授和Boccia的论文导师Luke Mahler说。“但我们的工作表明，这是可能的，而且变色蜥在使用水生栖息地的物种中反复使用了这种策略。”

2009年，Mahler等人首次在海地观察到变色蜥的再呼吸行为，但未能进行进一步的观察或实验。另一位合著者、纽约州立大学宾厄姆顿大学的Lindsey Swierk在2019年描述了哥斯达黎加物种的同样行为。这些早期的观察表明，再呼吸是对潜水的一种适应，但这个想法直到现在才得到验证。

在巴拿马遇到一只蜥蜴后，Boccia开始对水生蜥蜴感兴趣。2017年，他开始在哥斯达黎加进行再呼吸研究，并继续在哥伦比亚和墨西哥进行研究。

正如作者们所指出的，这种再呼吸特性的形成可能是因为变色蜥的皮肤是憎水的——它排斥水——这一特性很可能是变色蜥进化出来的，因为它能保护它们免受雨水和寄生虫的伤害。在水下，气泡会附着在疏水性皮肤上，于是人们就利用这些气泡来呼吸。

虽然需要进一步的工作来详细了解这个过程是如何工作的，Boccia, Mahler和他们的合著者提出了再呼吸可能发挥作用的不同方式。

最简单的形式是，蜥蜴鼻子上的气泡就像一个水肺，为水下动物提供除了肺里的空气之外的空气供应。这就是像水甲虫这样的水生节肢动物为了延长它们在水下的时间所做的事情。

研究人员还表示，再呼吸过程可能有助于利用蜥蜴鼻腔、口腔和气管中的空气，否则蜥蜴呼吸时不会使用这些空气。

通过其他研究人员已经在水生节肢动物身上观察到的一个过程，这种气泡也可能有助于从呼出的空气中清除二氧化碳。这些研究得出的结论是，由于二氧化碳极易溶于水，而且气泡中的二氧化碳含量高于周围的水，所以呼出的二氧化碳会溶解到周围的水中，而不会被重新呼吸。

最后，作者推测，气泡可能扮演鳃的角色，从水中吸收氧气——同样，这在节肢动物中已经观察到。Boccia和Mahler正在计划进行进一步的研究，以确定这些再呼吸过程是否也发生在变色蜥蜴身上。

Mahler说:“这项工作丰富了我们对有机体应对环境挑战的创造性和意想不到的方式的理解。这本身就很有价值，但像这样的发现对人类来说也很有价值，因为我们正在为自己面临的挑战寻求解决方案。”

Boccia说:“现在说蜥蜴再呼吸是否会导致任何特定的人类创新还为时过早，但是再呼吸的仿生可能在几个领域都是一个有趣的命题——包括潜水再呼吸技术，它激发了我们给这种现象命名。”

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