观察小蝌蚪通过“吸气泡”呼吸

吹出唾液泡泡可能看起来有些傻或不成熟，但当你是一个试图呼吸的小水生生物时，这样做是有充分理由的。

几年前的夏天，库尔特·施文克在观察小树蛙在水箱里扭动时，注意到了一种新的溅水行为。康涅狄格大学的进化生物学家说：“有一只树蛙浮出水面，做了一些奇怪的事情。当它游走时，留下了一个气泡。”施文克和他的研究生杰克逊·菲利普斯原本计划将蝌蚪喂给蝾螈进行研究，但他们很快就改变了主意。他们认为，这个气泡可能是一个线索，可以解释幼年两栖动物如何在不浮出水面的情况下弯曲正在发育的肺部。

为了验证他们的想法，施文克和菲利普斯前往新英格兰沼泽地收集了四种不同种类的蝌蚪，以及斑点蝾螈、潜水甲虫和肺蜗牛。他们还通过邮购非洲爪蛙，这种青蛙被培育成皮肤透明。然后他们用高速单色摄像机（每秒拍摄 30 到 1,000 帧）拍摄每个对象，并用 LED 背光拍摄，以观察水中发生的事情以及该生物的呼吸道。

这些视频与《皇家学会学报 B》杂志最近的一篇论文一起发表，帮助施文克和菲利普斯绘制出了蝌蚪呼吸过程的时间表。随着两栖动物的成长，它们的鳃会变成肺。这种转变最终迫使它们把头伸出水面吸入空气，但它们娇小的身体却带来了挑战。水分子之间形成紧密的结合——一种常见的物理性质，称为表面张力——因此需要相当大的质量才能打破它们。半英寸长的蝌蚪几乎没有机会。

这就是“气泡吸吮”的由来。康涅狄格大学的科学家创造了这个有趣的术语，指的是蝌蚪的表面张力技巧：它们将一袋空气吹到水面上，然后等待它充满氧气。一旦准备好，它们就将空气拉回嘴里，用一次吸气将其压入肺部。这个过程被称为口腔泵送，是两栖动物独有的。施文克说，从理论上讲，人类可以进行气泡吸吮，但我们必须张开嘴巴将气体压缩到肺部——这在游泳过程中很难做到。

除了哺乳动物，施文克和菲利普斯还发现蜗牛和甲虫也会形成气泡，但它们是用屁股而不是嘴巴。虽然合作者没有拍摄任何鱼类，但他们认为这种行为在幼虫中更为普遍，因为它们会呼吸和滤食。施文克说：“最基本的教训是，表面张力对这些动物来说确实是一种物理障碍。所以现在我们应该预见到特殊的适应性。”他指出，他也看到了这种适应性的曲折：例如，灰树蛙在接近成年时会进行“双吸”，而成熟的绿蛙有时会“为了好玩而吸气泡”。即便如此，这种疯狂的行为也是有方法的，我们将等待下一轮拍摄来了解细节。