潜水钟与蜘蛛

（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”。

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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。