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消化道與呼吸道共同通道

生活 更新时间:2024-09-17 03:35:00

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臨床上因為吞咽動作不協調或者胃食管反流問題導緻慢性咳嗽、肺炎、間質纖維化甚至支氣管哮喘的情況非常常見,不禁令人疑惑,呼吸道和消化道的入口和中後段都是各自獨立的,卻唯獨在咽喉部共用通道,從而成為上述疾病發生的解剖基礎,那這一“共用通道”有什麼積極的生理意義嗎?

順着時間線講,最初動物沒有消化道,更不需要呼吸道,就是把食物包進去,消化完再吐出來,比如水母、水螅、海葵這些。

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反正那時候動物小的多,細胞可以直接從海水裡獲取氧氣,用不着專門呼吸。後來為了方便,演化出了一個肛門,嘴裡吃進去,消化道消化完,肛門排出去,比如昆蟲幼蟲、蚯蚓,都是這樣,前面吃後面拉,便有了消化道。

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脊椎動物的祖先,是濾食的古蟲,古蟲的生活方式就是張着大嘴在海裡遊,廣撒網,喝的水多了,總能吃飽。但是不能指望整個消化道從喝過的水中過濾食物,水那麼多,一直竄稀誰受得了,于是它們演化出了一個結構,如下圖所示,鰓孔紅圈部分就是鰓孔。

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在澄江發現這類動物的郝诒純院士,用母校中國地質大學的簡稱給這類動物命名

鰓孔起初的作用,就是排除海水,截留下大塊的有機物顆粒,如下圖:

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這個結構,不僅可以過濾海水,還可以吸收海水裡的氧氣。後來古蟲動物的後代脊索動物,因為運動能力提高和體型增大,耗氧量大大增加,原本體細胞直接從海水中獲取氧氣的方式遠遠不夠用,于是開始利用鰓孔周圍的毛細血管,從海水中吸收氧氣,再由循環系統送到全身,最後鰓孔成了魚類的鰓,後來的魚類開始改濾食為捕食以後,鰓的主要作用就從過濾海水留下食物,變成過濾海水留下氧氣。所以其實一開始,“口”就是同時負責氧氣和食物的攝入。

再後來,硬骨魚類,為了控制上浮下潛的需要,讓一部分消化道形成另一個可收縮的空腔,就是魚鳔。魚鳔廣布毛細血管,可以獲取空氣中的氧氣,于是,在魚類登陸後,逐漸強化魚鳔的氣體交換作用,逐漸變成了肺。我們知道有一種魚叫肺魚,可以長時間在陸地上生存,肺魚的魚鳔呼吸作用比較強大。

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DNA測序證明,我們正是肺魚的親戚,所有陸地脊椎動物都屬于肺魚四足形綱。而大量的科普文章以及古脊椎所的古動物館陳列裡,都依然有此說法:腔棘魚類是陸生脊椎動物的祖先。

DNA技術出現後,很多原有的形态學和化石研究确定的分類都被打破,腔棘魚隻是其中一個,其它著名的包括鳍腳類被算進熊超科;烏龜的無孔類取消,被并入主龍形類;鲸目和偶蹄目合并。但是,今天的肺魚已經沒有祖先那些原始形态了。

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腔棘魚碩大的肉鳍更有助于大家理解魚類登陸

鼻子,則是一個很年輕的器官,魚類有鼻孔,但是沒有我們哺乳動物的鼻子。

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魚類在水下生活,鼻子自然不是用來呼吸空氣的,而是嗅覺感受器,直接在口腔上開了個孔,通過流過的水感知水裡的一些信息素。魚類在逐漸演化成兩栖動物的時候,這倆孔就理所當然的被用來呼吸。

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魚類和兩栖類,都是有鼻孔但是沒有鼻子,鼻孔是直接在口腔裡開了個洞,兩栖類的呼吸比起我們成熟的純陸生脊椎動物,有很大不同。

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以青蛙為例,我們今天吸氣,靠的是胸腔伸縮,直接在肺部制造負壓呼吸新鮮空氣,但青蛙不是。青蛙靠的是口腔伸縮,制造負壓從鼻子吸氣,然後鼻孔關閉,咽部收縮,把空氣壓到肺裡。因為青蛙張嘴就不能鼓氣,所以,隻能它靠鼻子吸氣,不怎麼靠嘴巴直接呼吸。

對于後來完全脫離水的陸地動物來說,就很不方便了,而且咀嚼食物時,有可能堵住鼻子。後來完全陸生的脊椎動物,就長出了次生腭,把口腔和鼻腔隔開。

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紅圈裡就是次生腭

所以雖然鼻子看上去是個專用的呼吸道器官,但是實際上,鼻腔曾是口腔的一部分,即便是今天,鼻腔和口腔還是相連,所以鼻子真的能吃面條。其實吸鼻涕大家都幹過,小時候某次玩瓜子的時候恰好感冒,玩着玩着把瓜子塞鼻孔裡了,然後一吸,把瓜子和鼻涕一塊吸到了嘴裡……從此打開了新世界的大門。

呼吸道和食道公用咽腔,那也是沒辦法的事,幾億年來這本來就是一根管子,鼻子和肺才是後來加裝的東西。

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導緻偶爾嗆住的問題,其實很大程度上跟原始設計也沒關系,原本,分隔呼吸道和食道的會厭軟骨是足夠靈敏的,很少會嗆到。

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我們看蛙類的骨架,會發現蛙是沒有脖子的,嘴巴又大又寬,所以咽部的會厭軟骨,直接在肩胛骨的下方,控制會厭軟骨的神經,也就接在了最近的脊柱附近,接近心髒的位置。

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二疊紀的引螈,一樣是一張大嘴,喉嚨長到了肩膀後

後來,脊椎動物開始縮小口腔和咽腔,開始長脖子了!但是神經既然已經接在下面了,自然也不能随便調整,隻能越來越長,繞到心髒附近再回來,加上心肺胃這些器官越來越強大,遠不是以前那樣一段變大的消化道,變大的血管那麼簡單,這就讓會厭軟骨神經擠在一堆重要神經裡,靈敏性大大降低。

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同樣是二疊紀時的安蒂歐獸,喉嚨比起兩栖類,就大大的靠前了

各種動物體内都有數不清的原始設計無法改變,比如脊椎動物的視網膜是反的。進化遠遠不是萬能的,“意義”和“合理性”都是有限度的。

【補充說明】

1.關于鼻孔。起初魚類的鼻孔并不通口腔,而應該是和軟骨魚類(鲨魚、鳐魚)一樣,一個鼻孔進水一個鼻孔出水,從而做到分辨水中的信息。通口腔是後來的一些偶然導緻硬骨魚類的鼻孔通了口腔。

魚類的分類是這樣的:首先分成硬骨魚和軟骨魚兩大類,軟骨魚就是鲨魚鳐魚這種,硬骨魚分成肉鳍魚和輻鳍魚,肉鳍魚就是鳍比較強壯的魚,現在隻有少數肺魚和腔棘魚等還是我們常規意義上的魚,大部分肉鳍魚類都已經長出了四條腿在陸地上了,而輻鳍魚的魚鳍,由輕巧的輻狀骨骼支撐,絕大多數魚類都屬于輻鳍魚,是脊椎動物門第一大綱。

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2.關于肺和鳔。有人說,應該是先有肺後有鳔。有些原始硬骨魚的鰓不夠發達,從而利用消化道上的毛細血管輔助吸收氧氣,後來有一段消化道膨脹(消化道經常膨脹特化,反刍動物愣是膨脹出好幾個胃來)形成肺。再後來,硬骨魚的兩個分支,輻鳍魚和肉鳍魚。肉鳍魚選擇強化肺,大部分登陸。而選擇水生的輻鳍魚(我們現在看到的絕大多數魚,除了軟骨魚類,都是輻鳍魚,魚鳍裡沒有骨頭)則選擇強化鰓,而肺成了控制上浮下沉的魚鳔。但是軟骨魚類,一開始就沒有肺,所以就沒有魚鳔。

較原始的輻鳍魚、多鳍魚,是沒有鳔有肺的。而現存的肉鳍魚,也就是上文提到的腔棘魚,因為在深海“苟延殘喘”,肺直接退化了,隻在幼年才有,長大後就退化沒了,更沒有鳔。

3.關于“會厭軟骨神經”。真名叫喉反神經,而且喉反神經的不合理之處不是單純口腔咽腔縮小,脖子伸長那麼簡單,而是因為“排線”時穿過了主動脈弓内側,被主動脈弓拉長。

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作者:山月刀岚月刀(知乎用戶)

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來源:新華号 新知問答

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