科学家卢克·马勒（Luke Mahler）和同事理查德·格罗（Richard Glor）在海地对一种生活在瀑布边，濒临灭绝的海地瀑布安乐蜥（Anolis eugenegrahami）的保护现状进行调查时，发现当把安乐蜥放回溪底岩石上后，它鼻子上方反复冒出一个空气泡泡。
“吹泡泡”中的安乐蜥 | YouTube, Mahler Lab
这个小气泡是干嘛用的呢？发现这一现象的两位科学家带着他们的学生，在2021年4月发表于《当代生物学》（Current Biology）的研究中，为我们揭开了安乐蜥在水下呼吸的小秘密。
气盾与气泡
研究中，科学家们将不同种的安乐蜥放入水下，发现在它们的疏水鳞片和水之间会产生一层薄薄的空气层，仿佛一层气体铠甲。由于光线在气泡和水的交界面发生了全反射，安乐蜥的周身看起来瞬间镀上一层金属光泽。此时，如果注意到蜥蜴的鼻子附近，就能看到，随着它们的呼气，一个气泡鼓了起来，而当它们再次吸气，气泡也随着瘪了下去。
身披气甲，鼻子冒泡的安乐蜥 | YouTube, Mahler Lab
科学家们把这种现象称之为“再呼吸”，或“循环呼吸”。不仅最初观察到的海地瀑布安乐蜥可以进行再呼吸，在这项研究涵盖的20种安乐蜥中，18种都出现了再呼吸的现象。而在水下一次试验中连续出现五次或以上的持续再呼吸现象，则主要集中在5种半水生的安乐蜥中。其中一只半水生的安乐蜥（Anolis barkeri）在潜水试验中甚至创下了超过18分钟的记录。
自带潜水装备
“再呼吸”这个词其实是科学家们从水肺潜水（scuba diving）装备循环呼吸器中借鉴而来。我们在呼吸时，吸入的空气中含有约21%的氧气，但我们仅能利用所有氧气的四分之一，剩下四分之三的氧气会从体内呼出，同时排出的气体中还有约4%的二氧化碳。循环呼吸器就是基于这个事实，在潜水时将潜水者呼出的二氧化碳吸收，同时把呼出的氧气回收，再补充适当的氧气，供潜水员继续呼吸。
携带循环呼吸器的潜水者 | Wikimedia Commons, Dr Lyn Turner / CC BY-SA 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)
安乐蜥入水后在周身产生的气盾以及鼻头顶着的小气泡，就和潜水用的循环呼吸器有异曲同工之妙。通常情况下鼻道、口腔和气管这些地方都充满了气体，在呼气时这部分气体无法彻底排空，吸气时也无法与机体进行气体交换，所以被称为无效腔（dead space）气体。科学家推测，安乐蜥的再呼吸把体内这段“没用”的气体与周身的气盾连接在了一起，相当于连上一个外接气瓶，从而增加潜水时氧气供应的总量，从而延长它们的水下时间。
在之前针对水生的非洲侧颈龟和陆生的豹纹陆龟的研究中发现，呼出的气体中二氧化碳的含量会影响它们的呼吸频率，二氧化碳含量越高，呼吸频率越快，中间屏住气的时间也就越短。但二氧化碳是一种易溶于水的气体，当安乐蜥再呼吸产生的气泡中二氧化碳的含量（分压）比周围水中高时，就会溶于水，将二氧化碳清除，从而延长水下的屏气时间。
再呼吸气泡或者气盾也可能充当了“物理鳃”的角色。这种现象在一些水生的节肢动物中发现过，这些昆虫入水后的周身会形成一个大气泡，这个气泡内的气体最初是从空气中获得的，此外它还可以通过与水接触的表面，使水中的氧气进入到气泡内，为潜水的昆虫供氧，延长甚至无限地维持这些昆虫在水下的时间，为区别与水生生物解剖学上的鳃，这个大气泡就被称之为“物理鳃”。相对昆虫来讲，安乐蜥的体型偏大，很难依靠物理鳃来完全满足氧气的需求，但可以帮它们在水下多待一会儿。
划蝽科昆虫Agraptocorixa eurynome在水下使用的物理鳃 | 参考文献[6]，编辑汉化
一些实验数据为这个假设提供了间接的证据，科学家们利用裸光纤微传感器，对这些半水栖安乐蜥再呼吸产生气泡中的氧分压进行实时测量。最初，气泡中的氧分压接近周围空气，而后逐渐降低，但下降的速率逐渐平缓。这可能便是安乐蜥通过物理鳃从水中交换获得了一些氧气，从而抵消了一部分氧气的消耗。
科学家们实时测量安乐蜥再呼吸气泡的氧分压和温度 | 参考文献[2]
当然，再呼吸究竟怎样发挥作用还需要更多的后续研究来探索，而这些假设之间也并不是互相排斥的，安乐蜥可能同时利用多种机制来保证呼吸所需的氧气供应，延长水下停留的时间。
捕食者来了，快闪！
尽管安乐蜥使用气泡再呼吸的详细机制还不得而知，但再呼吸为它们带来的好处却是非常明确的——能够快速躲避捕食者。
在研究过程中，一个令科学家们颇为挠头的问题就是在人或摄影机靠近安乐蜥时，它们就会纵身一跃，快速跳入旁边的溪流中，躲在水下不出来。其实，安乐蜥正是把他们当做了捕食者，它跳入水中也是躲避天敌的本能反应，而躲在水中恰恰是采用消耗战术，消磨捕食者的耐心，或许眼看着自己的猎物迟迟不肯出来，就去寻找下一个目标了。
安乐蜥三连跳 | YouTube, Mahler Lab
而对于人类来讲，发现在安乐蜥的谱系进化树上多个种的半水生安乐蜥均熟练地掌握这种水中再呼吸的小技巧，这不仅让进化生物学家们兴奋不已，我们还能模仿安乐蜥，制造发出一些全新的工具。多年之后，人们背上新装备，潜入深海，或许装备的灵感就来自海地溪流中那只鼻子上冒泡泡的安乐蜥。
参考文献
[1]https://www.utoronto.ca/news/nature-s-scuba-tanks-researchers-discover-how-anolis-lizard-breathes-underwater
[2]https://www.anoleannals.org/2021/05/12/repeated-evolution-of-underwater-rebreathing-in-diving-anolis-lizards/
[3]https://www.iflscience.com/plants-and-animals/anole-lizards-become-first-known-vertebrate-to-use-air-bubbles-to-rebreathe-underwater/
[4]Boccia, C. K., Swierk, L., Ayala-Varela, F. P., Boccia, J., Borges, I. L., Estupiñán, C. A., ... & Mahler, D. L. (2021). Repeated evolution of underwater rebreathing in diving Anolis lizards. Current Biology.
[5]Dodig, S., Čepelak, I., Vlašić, Ž., Topić, R. Z., Živčić, J., & Nogalo, B. (2008). Partial oxygen and carbon dioxide pressure of exhaled breath condensate. Laboratory Medicine, 39(9), 537-539.
[6]Roger S. Seymour, Philip G. D. Matthews; Physical gills in diving insects and spiders: theory and experiment. J Exp Biol 15 January 2013; 216 (2): 164–170.
作者：郭怿暄
编辑：悲催的铊宝宝 酥鱼
排版：洗碗
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