你是否还记得你初来这个世界时做的第一件事是什么？不记得了？再想想！深吸一口气！

没错，就是呼吸，这所有人与生俱来的本能。当你还在妈妈肚子里时，妈妈的循环系统带来了富含氧气的新鲜血液，你通过胎盘和脐带从母体获取氧气；而当你呱呱降生时，虽然肺部还充满着液体，但本能驱使你开始有规律地控制气体进出肺部，完成了人生首次自主呼吸。我们所说的婴儿第一声啼哭，其实就是你在大声昭告天下，“从现在开始，我的呼吸我做主！”。


还不能靠自己呼吸的时候也正是从这一刻起，肺成为了烙印进我们大脑中无可替代的重要呼吸器官。但如果我告诉你它也许不是唯一答案，你的肛门除了放屁也可以呼吸，还能救你的命，你又将作何感想？



2024年9月，日本学者武部貴則教授领衔的科研团队正是凭借着“发现许多哺乳动物原来可以通过肛门呼吸”，这一乍听以为他们在搞笑，细思还是不确定他们是不是在搞笑的惊人成果，一举摘下了2024年度搞笑诺贝尔生理学奖。



日本人在搞笑诺贝尔奖这块确实是太厉害了（图源：共同社）且不论这项研究成果会对我们的世界观造成何种冲击，其实“用肛门呼吸”在动物圈还真不是什么稀罕事儿。

肛门呼吸的并不是奇葩

我们通常所说的呼吸大都指的是通过气管和肺完成的“外呼吸”或“肺呼吸”，但自然界中万千生物体的呼吸形式又怎会局限于此，它们开展气体交换的部位也多种多样。

所谓用肛门呼吸，其更准确的表达应该是通过肛门的肠内呼吸（Enteral respiration Via Anus），简称EVA。简单来说就是气体通过肛门进入体内，然后在富含毛细血管的肠道系统或其附属结构中进行气体交换的另类呼吸方式。

这其中最出名的代表当属海参。海参在肠道末端泄殖腔处生有一对几乎和自身等长，上有无数细小分支的特化呼吸器官，因其外形似树而得名“呼吸树”。





海参会喷出自己的内脏，来迷惑敌人并趁机逃脱，只需50天左右，就长出完整的内脏和体壁（图源：YouTube）海参正是通过自己的肛门将富含氧气的新鲜海水吸入体内，再利用“呼吸树”的薄壁管状组织进行气体交换，最后将海水通过肛门排出体外，完成一次呼吸。所以当你在菜场看到一只肛门正高频率吸水和吐水的海参时，其实就好像鱼类浮到水面大口呼吸，是水体缺氧的表现，它正在拼命从海水中获取氧气自救呢。顺便说一句，呼吸树也确实是海参的排泄器官。



海参呼吸和排泄是一个口。（图源：YouTube）除了海参，还有类大家都很熟悉的动物，也可以通过肛门进行辅助呼吸，那就是龟类。早在1733年的文献中，科学家就曾提到，在解剖一些淡水龟类时发现这些龟的泄殖腔上长有一对奇特的袋状结构，即我们现在所说的泄殖腔囊（cloacal bursae）。但在之后的200多年间，人们对于淡水龟类体内这对泄殖腔囊的作用却始终一头雾水。直到近几十年，通过更系统地显微观察和实验研究，人们才开始慢慢揭开它的神秘面纱。

2的位置就是龟的泄殖腔囊在显微镜下，泄殖腔囊的内侧遍布微小的绒毛状构造，这些绒毛内部血管密集，且表面还存在更细小的分支，进一步增大了与外界的接触面积，为开展高效气体交换打下了扎实的基础。当这些龟在水下时，它们会通过腹股沟的肌肉收缩将大量新鲜的淡水由肛门泵入泄殖腔囊，密布绒毛的泄殖腔囊此时就成了理想的气体交换场所。而这种呼吸的频次可以达到每分钟15-60次不等。



密布绒毛的泄殖腔囊但值得注意的是，龟类拥有不止一种水下呼吸方式，它们也可以通过富含毛细血管的咽喉部或皮肤来进行气体交换，且不同龟类对于肛门呼吸的利用情况也不尽相同。有的龟只是通过它减少自己到水面换气的频次，降低自己被捕食的风险；有的主要在水下冬眠时才依靠它来熬过水面被冰封的寒冬腊月；有的龟则会将它作为自己水下活动时的重要供氧手段，例如生活在澳大利亚的龟，似乎特别擅长此道，白喉癞颈龟、费兹洛河龟都是其中的佼佼者，它们在水下获取的近半数氧气均来自于肛门呼吸，甚至可以数天不到水面换气。



白喉癞颈龟和费兹洛河龟（图源：zoochat；animalia.bio）

此外，也并非所有的龟类都有泄殖腔囊，目前来看，这种奇特的构造主要存在于淡水龟类中，而生活在海洋或汽水环境中的龟则不具备，换成谁也不希望咸咸的海水从自己的后面长驱直入吧（除非你是海参）。主要在水底活动的动胸龟科成员（俗称蛋龟）在漫长演化中放弃了泄殖腔囊，这也许和泄殖腔囊也是龟在游泳时的重要浮力来源有关。

也会水底吐泡泡的海龟（图源：YouTube）说到这里，你应该不难发现，这些用肛门呼吸的动物都和水生生活有着千丝万缕的联系，那鱼呢？它们也会用肛门呼吸吗？还真被你猜对了！

和龟类不同，作为高度依赖水中溶氧的鱼类，为了尽可能高效地从水中获取氧气，鱼类的水下呼吸方式在漫长的演化历程中发生了多次变化，这其中就包括尝试利用肛门来进行呼吸。据不完全统计，目前已知鱼类中有超1500种鱼会通过自己的食道、胃等消化系统器官来辅助呼吸，其中近300种鱼类会使用肠道来呼吸。在这些兼职呼吸功能的区域，大都出现了诸如组织壁变薄、血管变密集等适应性变化，来最大程度地满足从水体中获取氧气的需求。

在养泥鳅的水面看到的小气泡，就是泥鳅通过肛门排出的气体

比如泥鳅，为了适应在河底淤泥这样的低氧环境中生存，它们肠道末端只有一层非常薄的上皮细胞，非分布着大量的毛细血管和红细胞，当水从肛门进入到肠道时，它们便会使出浑身解数从中获取氧气。

泥鳅会放屁的！

所以搞笑诺贝尔奖在搞什么？

也正是受此启发，2024搞笑诺贝尔奖武部貴則教授团队才会想到要在哺乳动物中开展相关研究。要知道，哺乳动物的直肠，尤其是靠近肛管的部分，黏液层较薄且血管丰富，似乎也具备了“呼吸”的潜质，那包括我们人类在内的哺乳动物是否也能圆一个用肛门呼吸的梦呢 ？实验结果证明，完全有可能！ 科研人员首先在老鼠和猪身上诱发1型呼吸衰竭，然后向对象直肠内实施气态氧气通气（g-EVA）或含氧全氟碳液体通气（I-EVA），结果不管是输气还是输液，都大大提升了体内循环系统的含氧量，缓解了呼吸衰竭的症状。2023年，他们在一头处于缺氧状态的猪上再次尝试此法，也取得了积极的效果，并且没有出现任何严重的副作用！

他们在人和猪身上进行的实验新冠疫情期间，体外膜肺氧合治疗（ECMO）引起了广泛关注，但随后全球许多医院都出现了呼吸机短缺的情况，也有病人因使用ECMO而出现肺功能紊乱、血栓症等严重副反应。



ECMO如果未来肛门呼吸治疗这项技术能进入临床实验，并最终得到广泛应用，也许类似的悲剧就不会重演了吧，所以现在你还会觉得他们只是来搞笑的吗？

参考文献

【1】Okabe, Ryo, Toyofumi F. Chen-Yoshikawa, Yosuke Yoneyama, Yuhei Yokoyama, Satona Tanaka, Akihiko Yoshizawa, Wendy L. Thompson et al. "Mammalian enteral ventilation ameliorates respiratory failure." Med 2, no. 6 (2021): 773-783.

【2】Fujii, Tasuku, Yosuke Yoneyama, Akiko Kinebuchi, Naoki Ozeki, Sho Maeda, Norikazu Saiki, Toyofumi Fengshi Chen-Yoshikawa, Hiroshi Date, Kimitoshi Nishiwaki, and Takanori Takebe. "Enteral liquid ventilation oxygenates a hypoxic pig model." Iscience 26, no. 3