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  (文/Ed Yong)在水下呼吸机出现之前,人们常借助潜水钟去探索水下世界。这个庞大的、底部开口的容器浸到水里后,潜水员可以利用其中的空气进行呼吸。潜水钟最早在亚里士多德时代就已经存在了,但是在欧洲的河里,有种动物应用类似装置的时间要长得多,这就是水蛛Argyroneta aquatica。

  水蛛是唯一一种毕生都在水下生活的蜘蛛,但是它也是需要呼吸空气的,它靠建造自己的潜水钟进行呼吸。首先它在水里的植物之间会织一个圆顶状的网,然后升到水面,用腿上和腹部的细毛捕捉一些气泡,再将这些气泡带到蛛网下放开,如此反复几次后,它就能做成足够大的气泡,可以让自己呆在里面。

  这个气泡是水蛛的家,是它捕获猎物的大本营,也是雌蛛产卵孵化的地方,它还具有腮的功能。人类需要通过软管等将新鲜空气运送到潜水钟内,以保证潜水员在水下的呼吸,而水蛛的气泡能自动做到这些。气泡周围的水中比气泡内的溶氧浓度高,而二氧化碳浓度比气泡内低,所以水里的氧气能自动扩散到气泡内,气泡中的二氧化碳会扩散到水里,这样气泡内的空气保持新鲜,水蛛可以一直呆在里面。这个气泡就像是水蛛自身的器官一样。

  水蛛的潜水钟可以非常高效地交换气体。来自阿德莱德大学的罗杰 西摩(Roger Seymour)和来自柏林洪堡大学的斯蒂芬 海兹(Stefan Hetz)发现这些气泡甚至可以从静止的水中吸取氧气,水蛛至少可以在里面呆一天,而不需要补充氧气。

  这两个人从德国的艾德河捕集了一些水蛛,将它们养在贮水池里,这些贮水池模拟了炎热的、静止的、充满杂草的池塘环境。他们在避免戳破气泡的情况下把细小的光导纤维探测器(光极)插进气泡内来测量其中的氧气水平,结果显示他们严重低估了水蛛潜水钟的能力。

  之前的研究表明水蛛每过半小时左右就要为气泡补充氧气,但西摩和海兹估计它一天才需要这么做一次,因为气泡从水中吸取氧的速度和蜘蛛呼吸消耗掉的速度一样,在这一天里,气泡从水中吸取氧的量占水蛛呼吸耗氧量的70%(其他的30%来自蜘蛛最初从水面捕集的气泡)。这还是在死水中的数据,在真正的池塘中,水中的溶氧更多,潜水钟能表现得更好。

  若不是气泡里的氮气会扩散到水里的话,水蛛就可以永远住在里面。氮气溶出意味着气泡最终会缩小,所以水蛛还需要定期浮到水面去捕集气泡来填充大气泡,防止它的小窝塌陷。

  水蛛每次从水面返回时,它身上的防水绒毛都能附着一层薄薄的空气,这样水蛛出去捕食的时候,就可以一边游动一边呼吸。这也让水蛛全身带上了银色的光泽,它的学名“Argyroneta aquatica”在拉丁文中的意思就是“水中银色的网”。

  图片来自原文

  博主介绍:Ed Yong,著名科学作者。他白天在英国癌症研究中心上班,晚上回家写他自己的科普博客Not Exactly Rocket Science。他的文章被众多知名刊物采用,包括New Scientist, Nature, the Economist, the Guardian, the Daily Telegraph以及SEED等。

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channelId 1 1 潜水钟与蜘蛛 1 在水下呼吸机出现之前,人们常借助潜水钟去探索水下世界。这个庞大的、底部开口的容器浸到水里后,潜水员可以利用其中的空气进行呼吸。潜水钟最早在亚里士多德时代就已经存在了