如果可以从动物王国中选择一种超能力，许多人可能会希望拥有水下呼吸的能力。海洋生态系统长期以来一直吸引着人类，促使我们开发专门的设备和技术来延长在海浪下探索的时间。与人类不同，海洋哺乳动物已经进化出了惊人的适应能力，使它们能够长时间屏住呼吸，从而在水生环境中茁壮成长。
传统上认为，包括海洋物种在内的哺乳动物依赖血液中二氧化碳（CO2）水平的升高来发出需要呼吸的信号。这是因为大脑无法直接感知氧气水平。
然而，苏格兰圣安德鲁斯大学海洋哺乳动物研究小组的研究人员最近在《科学》（Science）杂志上发表的一项研究揭示，野生海豹拥有一种独特的能力：它们确实可以直接感知自身的血氧水平。
自由潜水与海豹水下活动
这项研究的灵感来源于首席作者 Chris McKnight 对顶尖自由潜水员的兴趣——他们是那些在深度、时间和距离项目中挑战人类屏息能力的运动员。为了防止事故发生，竞技自由潜水受到严格管制，但缺氧（低氧性晕厥）引起的昏迷仍然会发生。
普通人可以屏住呼吸 30 到 90 秒，而训练有素的自由潜水员可以将这一时间延长到 3 到 10 分钟。通过与这些运动员的接触，McKnight 目睹了几次昏迷事件，这些事件发生在身体缺氧时。
在《科学播客》的一次采访中，McKnight 解释说，自由潜水员会失去知觉，因为他们的身体依靠二氧化碳水平来决定何时浮出水面。呼吸的冲动，即所谓的“空气饥渴”，主要是由二氧化碳升高而不是氧气减少引起的。
然而，对于能够屏住呼吸超过一小时的海豹来说，他怀疑它们可能采用了不同的策略。他的假设是，海豹可能拥有一个能直接检测氧气水平的感觉机制，而不是依赖二氧化碳，因为氧气是维持生存的关键气体。
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海豹直接对氧气水平做出反应
在野生海豹身上测试这一假设比研究人类自由潜水员要困难得多。为了进行研究，McKnight 和他的团队将六只年幼的、野生捕获的灰海豹（Halichoerus grypus）带到了海洋哺乳动物研究单位。海豹们被训练参与模拟觅食任务，在受控的呼吸室和水下喂食站之间游泳。
这个实验装置使研究人员能够操纵海豹吸入的氧气和二氧化碳水平，同时监测它们的潜水行为。结果挑战了先前的假设：海豹潜水的时间长度与其血氧水平密切相关，而二氧化碳升高对它们潜水时间的长度影响很小甚至没有影响。
研究人员发现，即使海豹暴露在远超自然环境的二氧化碳水平下，它们的潜水时间仍然保持一致。相比之下，当氧气浓度发生变化时（无论是增加还是减少），海豹的潜水时长会出现明显变化。这表明它们调节屏息能力的能力主要由氧气水平控制，而不是二氧化碳的积累。
进化的优势
与人类不同，人类的屏息能力由二氧化碳水平决定，海豹似乎拥有直接感知氧气水平的认知能力。这使得它们能够更有效地调节潜水，避免危险的缺氧。
McKnight 从进化论的角度解释道：“如果海洋动物像自由潜水员那样经历昏迷，它们在野外就无法生存。进化将强烈地淘汰这种脆弱性，特别是对于那些从陆地生活过渡到完全水生生活的物种。一个有缺陷的气体感知系统根本无法持续。”
考虑到类似的潜水适应能力已经独立进化到不同的海洋哺乳动物物种中，其他潜水动物很可能也拥有这种直接监测自身氧气水平的独特能力。
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