艾玛·贝尔行尸走肉:鳄鱼的心脏

鳄鱼的心脏(2008-11-20 02:38:51) 

                            鳄鱼的心脏

                             ·方舟子·

    去体检的时候，通常都要测量血压。它实际上是血液流动时作用在动
脉管壁上的压力。心脏收缩时，心室把血液压进动脉，产生一股压力，让
血压达到最高。然后心脏舒张，来自心脏的压力没了，动脉血管由于弹性
回缩，血液仍然会继续慢慢地流动，还会对血管产生一定的压力。医生在
测量血压后会记下两个数据，例如“110/70”，就是分别代表在心脏收缩
和舒张时血压让汞柱升高的高度（毫米）。

    如果没有血压，就不能推动血液流遍全身各处，特别是血液往上流的
时候，还需要克服重力，需要的血压就更大了，最低也得保证能把血液输
送到头部去。对于鳄鱼这样的爬行动物，头部和心脏基本上在同一高度，
需要的血压不高，通常只要40毫米汞柱的血压能把血液压到体表的毛细血
管就行了。人的身体就像是鳄鱼转了个90度立起来，通常至少需要100毫
米汞柱的血压才能让血液流到头顶，否则就会因为大脑缺血而晕倒——身
体变成像鳄鱼一样的姿势，头和心脏处于了同一位置，血液又能流到大脑。
再想想头高高在上的长颈鹿吧，它需要有一个橄榄球那么大的心脏来产生
极高的血压，高达300毫米汞柱。

    心脏不仅要把血液输送到头、脚，还要送到肺，在那里吸收氧气、
排出二氧化碳。为此肺的表面充满了薄薄细细的毛细血管，以便进行气体
交换。但这也使得肺的结构非常脆弱，如果以100乃至300毫米汞柱的血压
把血液压到肺，肺表面的血管将会破裂。鸟类和哺乳动物采取一个巧妙的
方法解决了这个问题：把心脏分割成互不相干的左右两个部分，右边管肺
循环，左边管体循环。体循环的静脉血进入右心房，右心室以较低的压力
（人的肺动脉收缩压只有大约22毫米汞柱）把血液送到肺部，完成气体交
换后，送到左心房。左心室的肌肉比右心室发达得多，产生的压力也大得
多，由它把血液压到主动脉，输送到除了肺部以外的全身各处。然后血液
又回到右心房，如此周而复始。人的心脏的左右两边实际上可以看成两个
独立的心脏。

    爬行动物则不同，它们的血压本来就低，不必担心会把肺压坏，所以
没有必要分隔两个心室，左右心室可以相通，实际上是一个心室。
但是奇怪的是，鳄鱼的心脏却有两个分隔的心室，看上去更像鸟、哺乳
类的心脏。仔细看却又与鸟、哺乳类的心脏不同。鸟、哺乳类的右心
室连着肺动脉，左心室连着主动脉，肺循环、体循环分得清清楚楚，但是
鳄鱼多出了一条主动脉：它的右心室除了连着肺动脉，还连着一条主动脉，
也就是说，鳄鱼的右心室既可以把血送到肺部，也可以送到身体其他部位。
在鳄鱼右心室与肺动脉交界的地方，有一片齿状的瓣膜控制血液的流向，
它开着的时候，血才送到肺部，合上时，右心室则把血液压到主动脉送
到其他地方。

    为什么会有这种奇特的构造呢？鳄鱼的大部分时间沉没在水里等待
猎物，与空气隔绝，这时候把血送到肺部也不能交换气体，是一种浪费。
这时右心室的齿状瓣膜是关闭着的，从身体各部位收集来的静脉血本来要
送去肺部进行气体交换，这时却又重新被送到身体各部位去了。静脉血虽
然含氧量较少，但是还可被重新利用，通过多次体循环充分利用血中的
氧，可能是鳄鱼能在水底一呆几个小时不用浮到水面换气的一个因素。当
鳄鱼浮到水面上时，分泌肾上腺素刺激齿状瓣膜打开，静脉血才被送到肺
部换气。这样的设计是不是比鸟、哺乳类的心脏更先进？

    有意思的是，鳄鱼在胚胎发育过程中，它的心脏是把肺、体循环
完全分离的，到发育的后期才出现了特殊的构造。这就意味着鳄鱼祖先
的心脏很可能和鸟、哺乳类一样，难道鳄鱼祖先也有血压高的问题
吗？是的，从化石来看，鳄鱼祖先生活在陆地，有很长的腿，有些种类还
用两条腿奔跑，头的位置比较高，所以和鸟、哺乳类一样要有较高的血压
和分隔的左右心脏。

    鸟、哺乳类血压高的一个好处是血流量比较大，可以满足较高的新
陈代谢率，以维持恒定的体温。因此我们可以推测，鳄鱼祖先很可能是恒
温动物。以后鳄鱼改变了生活方式，对长久静止呆在水中的生活来说，体
温恒定并无好处，于是鳄鱼又进化成了冷血动物了。我们总以为恒温动物
是从冷血动物进化来的，其实有时也可以反过来。

    最古老的鳄鱼属于初龙。初龙的后裔除了进化成鳄鱼，还有
一支进化成了恐龙。有的恐龙的脖子非常长，甚至比长颈鹿还长，
它们必定需要很高的血压才能给大脑供血，因此它们的心脏也应该和鸟、
哺乳类一样有四个腔和分离的肺、体循环。1993年在美国南达科他州首次
发现恐龙心脏化石，其构造的确和预料的一样。这也表明恐龙可能是恒温
动物。

2008.11.18.

（《中国青年报》2008.11.19）