书城自然科学走进动物王国
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第14章 动物的基本特征(4)

一般而言,生活在温度较低地区的种类比生活在较温暖地区的种类能忍受更低的温度,反之亦然。一些海龟在临近冰点时也能存活,而一些沙漠蜥蜴能在高达42℃的温度下生存。在所能承受的范围内,随着温度的增加,不同生命的生长速率和强度也随着增加,最大生长率发生在温度范围的最高端上。在这种情况下,新陈代谢增加,会影响动物的能量消耗和活动能力,如肌肉运动和活动。因此,在限定温度范围内,温暖的身体会加速生命活动。

与鸟类和哺乳动物不同,爬行动物身体上没有隔热的羽毛或毛皮,它们的新陈代谢作用也不会产生大量热量,因此,它们的体温要依靠外部环境的能源,这样的状况被称为“外温性”。“外温性”与“内温性”相反,内温性是鸟类和哺乳动物的特征之一。蟒蛇是一个有趣的例外,它靠肌肉抽搐来产生体热。孵卵的雌体通过蜷在卵上产生的“偶发性内温”和身体抽动产生的肌肉热量来提高和稳定孵化中的卵的温度。

大多数爬行动物在其栖息地的复杂热结构中,以不同的方式运动,以此来控制体温。在气温适宜的栖息地中,蜥蜴通常在阳光下和荫凉处之间来回活动,依靠阳光辐射使身体变得温暖,而在阴凉处,体温通过与相对阴冷的环境进行热量传导和辐射交换而逐渐降低。如果阴凉的环境恰好与蜥蜴的体温相同或接近,蜥蜴的体温就能在一段时间内保持稳定。从阴凉处移动到阳光下(或有热量的地方),是受“低体温定点”调控的神经系统控制的,与之相反的运动则是由“高体温定点”所控制的。许多陆栖爬行动物能够通过它们脑部的这种控制结构非常精确地把它们的体温控制在一个变化幅度小且适合生存的范围内。

许多种类在移动、觅食以及进行其他活动时,体温都相对较高(一般在30~37℃)。但是这种所谓的“活跃温度”只出现在一天的特定时间中,因此,在气候温暖的春季和秋季,蜥蜴通常在一天的中午时分最为活跃。而在炎热的夏季,它们在中午活动很少,在早晨和午后最为活跃。通过晒太阳来升高体温对幼体更为有利,因为阳光有助其消化并使其最大限度地成长。如此看来,许多爬行动物在摄取食物后的短暂时间内体温会升高也就不足为奇了。在许多种类中,生殖结构和免疫系统功能的完善都需要在较高的温度下进行。

在较炎热的地区如沙漠中,许多蛇和一些种类的蜥蜴在夜间活动,在白天炽热的阳光下,它们会隐蔽到阴凉的地方。在冬季,在炎热或干燥的时期,或者在静止不活动的时期,体型较小的种类会躲避在岩石裂缝中、啮齿动物的巢中,或者隐身于环境温度相对较平稳,能忍受的地方。水栖或半水栖海龟可能在整个冬季中都在海面下“冬眠”。

除了在阳光下和阴凉处穿梭外,爬行动物还会用调节身体姿势的方法来改变与环境温度交换的速率。比如伸开四肢、舒展身体、朝向太阳趴着的姿势可以让身体最大限度地吸收辐射热。而让身体抬离炽热的地面,可以让热对流,降低体温。

爬行动物选择的体温范围以及体温调节的精确性和时间都与环境、种系关系史(后裔)以及任何已知种类对能量的需求相关,而且各有不同。居住在温度相对来说较为稳定的环境,如热带森林或水域栖息地中的动物,体温调节的倾向很小。因此,栖息在热带森林中的许多蜥蜴种类都是“温度顺应者”,它们的体温紧随环境温度而改变。另外,体温调节所需条件会限制爬行动物种类的分布:在热带安第斯山高海拔地区,蜥蜴种类的数量相对于两栖动物要少得多,蜥蜴往往依靠自身的行动来调节体温,它们在高海拔地区时,身体温度不能调节到必需的要求,两栖动物则更能适应环境变化,能够在体温较低的情况下存活。

二、动物的呼吸

动物的呼吸大致可分为水生动物的呼吸系统和陆生动物的呼吸系统。

(一)水生动物的呼吸系统

水中氧含量只有空气中氧含量的5%,而且氧在水中的扩散速度更慢一些,所以对于水生动物,它们需要比陆生动物有着更为有效的呼吸器官。水生动物通常靠鳃呼吸,鳃是水生动物的皮肤向外延伸而成的专门用于气体交换的器官。各种动物鳃的形态并不相同,但有一个共同的特点,就是表面积很大。例如,淡水鱼的鳃生长在头部两侧的鳃弓上,左右各有4个,每一鳃含有两列鳃丝,每一鳃上各丝由顺序排列的鳃板组成。用鳃呼吸的动物都能自己制造水流,使鳃不断地与新鲜的水流相接触。

鱼的鳃位于咽的两侧,鳃盖关闭时,口张开,水从口流入咽,然后口关闭,鳃盖张开,口腔收缩,压迫水流过鳃,从鳃盖后缘流出。鱼在水中不断地做这种动作,一般人会误认为它们是在不停地喝水,其实它们是在不停地制造水流流过鳃,以进行呼吸。

(贴士)

鱼类多用腮呼吸,可是鳝鱼却独具一格,它的腮已经退化,靠喉部的表面微细血管直接吸取空气,所以我们要使鳝鱼鲜活,必须使它保持潮湿,将其放在阴凉地方。

(二)陆生动物的呼吸系统

所有的动物都需要氧气才能生存,陆生动物的呼吸系统经历了长期的进化逐步走向了完善。

两栖动物通过呼吸既可以吸进空气中的氧气,又可以吸进水中的氧气。无尾两栖类的肺内壁呈蜂窝状,但肺的表面积还不大,如蛙肺的表面积与皮肤表面积的比例是2:3。两栖动物血管上有很薄的一层潮湿表面,氧气穿过这层表面进入血液,然后血液载着氧气流遍动物的全身,到达需要氧气的部位。在变为成体之前,多数两栖动物的幼体要在水中生活。开始时它们没有肺,只是通过羽状鳃进行呼吸。鳃中有大量的小血管,能从水中吸取氧气。鳃可在体外也可在体内,这取决于幼体的年龄或两栖动物的种类。两栖动物成年后多数只用肺呼吸。肺就像是体内很薄的囊,与微小的血管相连。两栖动物把空气吸入肺,氧气就逐步进入血管。

两栖动物不仅能用肺呼吸,还能通过皮肤进行呼吸。蛙在冬眠时肺呼吸完全停止,只用皮肤来进行呼吸。它们的皮肤很薄,且光滑湿润,上面覆盖一层被称为黏液的物质。表皮下还有许多血管。氧气在黏液外溶解,并从这里进入皮下血管。

爬行动物的肺虽然和两栖类一样为囊状,但其内壁有复杂的间隔把内腔分隔成蜂窝状小室,与空气接触的面积大为扩大。肺的结构在不同的动物体内变异很大,最简单的形式仍为一囊,如各种蛇类;蜥蜴、龟和鳄类的支气管在肺内一再分支,使整个肺脏呈海绵状;避役类动物的肺前部内壁呈蜂窝状,称呼吸部,后部内壁平滑并且伸出若干个薄壁的气囊,称贮气部。爬行动物的成体既没有鳃呼吸,也没有皮肤呼吸。

哺乳类的肺内部状如复杂的支气管树,支气管入肺后,一再分支,在最后微支气管的末端膨大成肺泡囊,囊内壁分成许多小室,每个小室称肺泡。肺泡的出现大大增加了肺和气体接触的总面积。哺乳类肺泡的总面积约为身体表面的50~100倍。

为了能够飞行,鸟类必须做到可以迅速调动大量能量,所以它们需要一个非常高效的呼吸系统来供应所必需的大量氧气。鸟类的肺效率很高,虽然在平地上比不上哺乳动物的肺,但它的突出优势在于高空中的效率。假如将老鼠和麻雀分别放在一个箱子里,把里面的气压降到珠穆朗玛峰峰顶的水平,那么老鼠很快就筋疲力尽、动弹不得,而麻雀却依然蹦蹦跳跳,它的呼吸基本上不会受什么影响。

鸟肺为一对海绵状体,肺的内部由各级支气管形成一个彼此吻合相通的网状管道系统,这种结构完全不同于两栖类和爬行类的空心囊状肺。鸟肺体积虽然不大,但是和气体接触的面积极大,是鸟类特有的高效能气体交换装置。鸟肺的另一特点是有许多气囊,起到辅助呼吸的作用。气囊在鸟类呼吸中的重要性体现在:吸入的气体先进入后气囊,然后进入相应的肺器官,最后借前气囊排出体外。这样,气体在肺部就是单向流动,而非哺乳动物的“潮涨潮落”式。故鸟的每次呼吸都能将肺里的气体几乎全部更新,而相比之下,人即使做深呼吸,也大概只能更换肺中3/4的气体。

鸟类的肺部血管能够有效地吸收氧同时排出二氧化碳。由于气流总是单向的,血管中血液的流动始终与气体流动的方向相反。当含氧量低的血液一抵达肺部,就会碰上已经流经肺部、含氧浓度有所降低的气体,但气体中的含氧量对于低浓度的血液而言还是绰绰有余,血液便进行吸氧。当血液流经肺部外壁,会遇到含氧量越来越高的气体,也就吸收更多的氧。这种呼吸系统帮助鸟类最大限度地吸收氧,而这对于哺乳动物“潮涨潮落”式的肺而言则是不可能实现的。二氧化碳的排出亦是同理,只是反过来进行。此外,比起哺乳动物的肺,鸟类的肺还有一个优势,即鸟类的微气管(类似于哺乳动物的肺泡)相对很小。这样,鸟类的肺虽然比型体相似的哺乳动物的肺小,但重量却不相上下,原因就是其密度大,从而为鸟类提供了更大的表面积来进行气体交换。

(贴士)

肺鱼有很发达的肺部,部分种类即使没有水也能呼吸空气而生存。旱季来临时,肺鱼就钻进泥里,只留小孔与外界通气。