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消化道与呼吸道共同通道(呼吸道和消化道在咽喉部共用一个通道)(1)

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临床上因为吞咽动作不协调或者胃食管反流问题导致慢性咳嗽、肺炎、间质纤维化甚至支气管哮喘的情况非常常见,不禁令人疑惑,呼吸道和消化道的入口和中后段都是各自独立的,却唯独在咽喉部共用通道,从而成为上述疾病发生的解剖基础,那这一“共用通道”有什么积极的生理意义吗?

顺着时间线讲,最初动物没有消化道,更不需要呼吸道,就是把食物包进去,消化完再吐出来,比如水母、水螅、海葵这些。

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反正那时候动物小的多,细胞可以直接从海水里获取氧气,用不着专门呼吸。后来为了方便,演化出了一个肛门,嘴里吃进去,消化道消化完,肛门排出去,比如昆虫幼虫、蚯蚓,都是这样,前面吃后面拉,便有了消化道。

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脊椎动物的祖先,是滤食的古虫,古虫的生活方式就是张着大嘴在海里游,广撒网,喝的水多了,总能吃饱。但是不能指望整个消化道从喝过的水中过滤食物,水那么多,一直窜稀谁受得了,于是它们演化出了一个结构,如下图所示,鳃孔红圈部分就是鳃孔。

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在澄江发现这类动物的郝诒纯院士,用母校中国地质大学的简称给这类动物命名

鳃孔起初的作用,就是排除海水,截留下大块的有机物颗粒,如下图:

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这个结构,不仅可以过滤海水,还可以吸收海水里的氧气。后来古虫动物的后代脊索动物,因为运动能力提高和体型增大,耗氧量大大增加,原本体细胞直接从海水中获取氧气的方式远远不够用,于是开始利用鳃孔周围的毛细血管,从海水中吸收氧气,再由循环系统送到全身,最后鳃孔成了鱼类的鳃,后来的鱼类开始改滤食为捕食以后,鳃的主要作用就从过滤海水留下食物,变成过滤海水留下氧气。所以其实一开始,“口”就是同时负责氧气和食物的摄入。

再后来,硬骨鱼类,为了控制上浮下潜的需要,让一部分消化道形成另一个可收缩的空腔,就是鱼鳔。鱼鳔广布毛细血管,可以获取空气中的氧气,于是,在鱼类登陆后,逐渐强化鱼鳔的气体交换作用,逐渐变成了肺。我们知道有一种鱼叫肺鱼,可以长时间在陆地上生存,肺鱼的鱼鳔呼吸作用比较强大。

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DNA测序证明,我们正是肺鱼的亲戚,所有陆地脊椎动物都属于肺鱼四足形纲。而大量的科普文章以及古脊椎所的古动物馆陈列里,都依然有此说法:腔棘鱼类是陆生脊椎动物的祖先。

DNA技术出现后,很多原有的形态学和化石研究确定的分类都被打破,腔棘鱼只是其中一个,其它著名的包括鳍脚类被算进熊超科;乌龟的无孔类取消,被并入主龙形类;鲸目和偶蹄目合并。但是,今天的肺鱼已经没有祖先那些原始形态了。

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腔棘鱼硕大的肉鳍更有助于大家理解鱼类登陆

鼻子,则是一个很年轻的器官,鱼类有鼻孔,但是没有我们哺乳动物的鼻子。

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鱼类在水下生活,鼻子自然不是用来呼吸空气的,而是嗅觉感受器,直接在口腔上开了个孔,通过流过的水感知水里的一些信息素。鱼类在逐渐演化成两栖动物的时候,这俩孔就理所当然的被用来呼吸。

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鱼类和两栖类,都是有鼻孔但是没有鼻子,鼻孔是直接在口腔里开了个洞,两栖类的呼吸比起我们成熟的纯陆生脊椎动物,有很大不同。

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以青蛙为例,我们今天吸气,靠的是胸腔伸缩,直接在肺部制造负压呼吸新鲜空气,但青蛙不是。青蛙靠的是口腔伸缩,制造负压从鼻子吸气,然后鼻孔关闭,咽部收缩,把空气压到肺里。因为青蛙张嘴就不能鼓气,所以,只能它靠鼻子吸气,不怎么靠嘴巴直接呼吸。

对于后来完全脱离水的陆地动物来说,就很不方便了,而且咀嚼食物时,有可能堵住鼻子。后来完全陆生的脊椎动物,就长出了次生腭,把口腔和鼻腔隔开。

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红圈里就是次生腭

所以虽然鼻子看上去是个专用的呼吸道器官,但是实际上,鼻腔曾是口腔的一部分,即便是今天,鼻腔和口腔还是相连,所以鼻子真的能吃面条。其实吸鼻涕大家都干过,小时候某次玩瓜子的时候恰好感冒,玩着玩着把瓜子塞鼻孔里了,然后一吸,把瓜子和鼻涕一块吸到了嘴里……从此打开了新世界的大门。

呼吸道和食道公用咽腔,那也是没办法的事,几亿年来这本来就是一根管子,鼻子和肺才是后来加装的东西。

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导致偶尔呛住的问题,其实很大程度上跟原始设计也没关系,原本,分隔呼吸道和食道的会厌软骨是足够灵敏的,很少会呛到。

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我们看蛙类的骨架,会发现蛙是没有脖子的,嘴巴又大又宽,所以咽部的会厌软骨,直接在肩胛骨的下方,控制会厌软骨的神经,也就接在了最近的脊柱附近,接近心脏的位置。

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二叠纪的引螈,一样是一张大嘴,喉咙长到了肩膀后

后来,脊椎动物开始缩小口腔和咽腔,开始长脖子了!但是神经既然已经接在下面了,自然也不能随便调整,只能越来越长,绕到心脏附近再回来,加上心肺胃这些器官越来越强大,远不是以前那样一段变大的消化道,变大的血管那么简单,这就让会厌软骨神经挤在一堆重要神经里,灵敏性大大降低。

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同样是二叠纪时的安蒂欧兽,喉咙比起两栖类,就大大的靠前了

各种动物体内都有数不清的原始设计无法改变,比如脊椎动物的视网膜是反的。进化远远不是万能的,“意义”和“合理性”都是有限度的。

【补充说明】

1.关于鼻孔。起初鱼类的鼻孔并不通口腔,而应该是和软骨鱼类(鲨鱼、鳐鱼)一样,一个鼻孔进水一个鼻孔出水,从而做到分辨水中的信息。通口腔是后来的一些偶然导致硬骨鱼类的鼻孔通了口腔。

鱼类的分类是这样的:首先分成硬骨鱼和软骨鱼两大类,软骨鱼就是鲨鱼鳐鱼这种,硬骨鱼分成肉鳍鱼和辐鳍鱼,肉鳍鱼就是鳍比较强壮的鱼,现在只有少数肺鱼和腔棘鱼等还是我们常规意义上的鱼,大部分肉鳍鱼类都已经长出了四条腿在陆地上了,而辐鳍鱼的鱼鳍,由轻巧的辐状骨骼支撑,绝大多数鱼类都属于辐鳍鱼,是脊椎动物门第一大纲。

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2.关于肺和鳔。有人说,应该是先有肺后有鳔。有些原始硬骨鱼的鳃不够发达,从而利用消化道上的毛细血管辅助吸收氧气,后来有一段消化道膨胀(消化道经常膨胀特化,反刍动物愣是膨胀出好几个胃来)形成肺。再后来,硬骨鱼的两个分支,辐鳍鱼和肉鳍鱼。肉鳍鱼选择强化肺,大部分登陆。而选择水生的辐鳍鱼(我们现在看到的绝大多数鱼,除了软骨鱼类,都是辐鳍鱼,鱼鳍里没有骨头)则选择强化鳃,而肺成了控制上浮下沉的鱼鳔。但是软骨鱼类,一开始就没有肺,所以就没有鱼鳔。

较原始的辐鳍鱼、多鳍鱼,是没有鳔有肺的。而现存的肉鳍鱼,也就是上文提到的腔棘鱼,因为在深海“苟延残喘”,肺直接退化了,只在幼年才有,长大后就退化没了,更没有鳔。

3.关于“会厌软骨神经”。真名叫喉反神经,而且喉反神经的不合理之处不是单纯口腔咽腔缩小,脖子伸长那么简单,而是因为“排线”时穿过了主动脉弓内侧,被主动脉弓拉长。

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作者:山月刀岚月刀(知乎用户)

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来源:新华号 新知问答

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