@ 2017.09.25 , 20:00
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幼鸟何时开始呼吸

幼鸟何时开始呼吸
credit:123RF

我很小的时候就提出这个问题了,但没有人能够给出令人信服的回答。我很好奇:鸟类和其他卵生生物什么时候开始第一次呼吸?在他们的肺工作之前,如何摄入氧气?显然由于蛋在孵化前会嘎嘎嘎响,肺应该在孵化前就开始工作了,但是什么时候?怎么发生的?——Gabrielle Deakin, Barcelona

作为胎盘哺乳动物,我们在出生后才吸入了第一口空气。但鸟类和爬行类等卵生生物没有输送氧气的脐带,要如何呼吸呢?小鸡又要如何在但里面鼓肺呢?

首先,让我们谈谈蛋本身。

鸟下的蛋有崎岖不平的蛋壳(至少显微镜下如此),几乎全是由碳酸钙组成,具有多达17000个微孔。正是由于这些微孔,氧气才能从外面进入里面的胚胎,二氧化碳和水也能同样从里面出来。

蛋壳和蛋白之间是两层透明的膜,防止细菌侵入,并且能发育为血管网络。这两层膜就是绒毛膜和尿膜。

爬行动物的蛋要么比较硬,基本类似于鸟蛋,蛋壳薄似羊皮纸,要么软软的坚韧如皮革。大部分爬行动物的蛋都是渗透的,可通过空气和水,并且一般比鸟蛋更能从外部吸收水。最后,爬行动物的蛋的膜十分类似于鸟蛋的,但并不总是完全包裹胚胎。

姑且不管这些差异,绒毛膜和尿膜有血管网络,是一种呼吸器官,是鸟类或者爬行类胚胎“呼吸”的第一阶段。

鸟类实际上在蛋中会经历三个呼吸阶段。爬行类也是类似的,但直接从第一阶段跳到了第三阶段。

1阶段:胚胎

小鸡和爬行动物在发育出肺部之前,仍然需要获取氧气,排出二氧化碳。人类等胎生哺乳动物和某些有袋类哺乳动物中,这些是由母体通过脐带和胎盘实现。

而鸟类通过穿过蛋壳、绒毛膜和尿膜复杂融合而成的绒毛尿囊膜的扩散作用实现气体交换(空气从蛋的外面移动到里面)。爬行类动物也有绒毛尿囊膜区域,也是一种呼吸器官。

对于鸟类,进入潜伏期三天后就发育出了绒毛尿囊膜,两周后就完全发育了。这层膜高度血管化(含有大量血管),这就使得可以自由进行氧气和二氧化碳的交换。

这层膜在胚胎骨骼发育的过程中也起到了关键作用,因为会将钙从蛋壳中传输到发育中的小鸡或者爬行类胚胎(排除某些从蛋黄中获取部分钙质的爬行类动物)。

2阶段:孵化前

胚胎在蛋中的大部分时间都不会用肺部真正地呼吸。当胚胎临近孵化时,爬行类和鸟类胚胎之间就会出现一些差异。鸟类中,在孵化的前几天里,小鸟正紧紧的蜷缩着,头部位于一只翅膀下面,鸟嘴指向蛋的顶部,穿破蛋顶部的气穴或者气囊。

当蛋被产下时,气穴就开始形成了。刚下的蛋带有母体的体温,但很快就冷下来。在变凉的过程中,内层的蛋壳膜开始收缩,与外层蛋壳膜分离,形成一个囊穴,随后逐渐充满空气,并在孵化过程中逐渐变大。

小鸟一旦打破气穴,就能获得第一次呼吸,肺部开始工作。气穴还会继续通过扩散作用补满空气。随着完全孵化的临近,穿过绒毛尿囊膜的扩散作用仍然在起作用,但逐渐被肺部活动所取代。在这个时期的最后,如果你把耳朵贴在蛋上,你也许就能听到一些唧唧声。(小编注:小鸡孵化前在鸡蛋里面就会开始叫,我听到过。)

由于没有声带,鸟类通过一种名为鸣管的结构发出声音。但大部分爬行类动物没有气穴,所以直接进入3阶段。

3阶段:孵化后

很多卵生动物都会在鸟嘴或者鼻子上长出一个小小的尖锐的隆凸,名为“卵齿”(专业的叫法是肉冠)。可能是由硬皮构成(比如鳄鱼和鸟类),或者是由真正的额外牙齿(比如某些蜥蜴和蛇),但不管怎样,都是用来打破蛋,随后就脱落或者再吸收了。

被翅膀位置引导的小鸟使用自身的卵齿锤击蛋的内部。蛋首先辐射状裂开(当鸟嘴开始敲碎蛋壳),然后小鸟破壳而出。小鸟用自己的脚在圆圈里移动,刺穿蛋。绒毛尿囊膜逐渐变干,失去功能,小鸟开始只靠肺呼吸。小鸟逐渐露出蛋壳,告知父母孵化即将发生。

爬行类动物会用鼻子上的卵齿割穿他们已经变薄的蛋壳(因为他们已经从中抽取了大部分钙质),开始呼吸。某些爬行类动物(鳄鱼)也会发出声音,但不同于鸟类,他们使用喉头和声带,倒是类似于人类。

至此你应该能明白,鸟类和爬行类动物在蛋中所做的事情差不多。由于鸟类和某些爬行类关联相当强,这也不是那么惊人。他们都进化出了特定的蛋来保护发育中的胚胎,为胚胎提供所需,包括空气。

本文译自 conversation,由译者 CliffBao 基于创作共用协议(BY-NC)发布。Maggie J. Watson&James Van Dyke(查尔斯特大学)


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TOTAL COMMENTS: 5+1

  1. 琪露诺
    @4 weeks ago
    3571641

    鸟类早在蛋中就要利用有规律的呼吸法在血液里聚集能量,直到理解波纹的力量,蛋内的液体也有利于波纹在其中的传导,当掠食者来袭时,鸟蛋便会使出一招波纹疾走予以反击

    [25] XX [7] 回复 [2]
  2. 777(持久强势)
    @4 weeks ago
    3571674

    @琪露诺:
    很遗憾,我都是用幽灵波纹进行攻击的……

  3. 大水瓢
    @4 weeks ago
    3571687

    真是难得看到正儿八经的稿子啊

    [22] XX [1] 回复 [2]
  4. 哈哈哈哈
    @4 weeks ago
    3571716

    3432423大放到方法

  5. 脑子坏掉了
    @4 weeks ago
    3571777

    煎蛋幸存者

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