魚類、水母、水星和海參都可以從水中提取氧氣、藉此呼吸，但它們是如何做到的呢？數億年前，人類、以及所有長有脊椎和四肢的陸生動物的祖先曾一度擁有這種在水中呼吸的能力，但在第一批呼吸空氣的生物開始全天候待在陸地上之後，這種能力就不復存在了。如今，人類必須使用特殊設備才能在水中呼吸，或者像電影《海王》中描繪的那樣、擁有獨特的超能力。

漫畫相關知識中解釋了半人類、半亞特蘭蒂斯人的“海王”和他的親友們是如何在海洋深處呼吸的。他們可能有鰓，雖然從外表看不出來，畢竟這一物種僅存在於我們的想像之中。不過言歸正傳，現實世界中的生物究竟是如何在水中呼吸的呢？

地球的大多數海洋、湖泊和河流中都含有大量溶解在水中的氧氣，但我們的肺無法對其進行處理。然而，水生生物們卻演化出了多種獲取水中氧氣的方法。

一種古老的方法

有些動物，比如水母，可以直接通過皮膚吸收水中的氧氣。據美國北卡羅來納大學助理教授瑞貝卡·赫爾姆（Rebecca Helm）介紹，這些生物體內的消化腔有雙重用途：一是消化食物，二是讓氧氣與二氧化碳在體內四處瀰漫。

事實上，地球最早的微生物生命獲取氧氣的方式與水母如出一轍，也是讓氧氣擴散到全身各處。據《無脊椎生物：水母的科學與脊椎骨的藝術》（Spineless： The Science of Jellyfish and the Art of Growing a Backbone）一書作者茱莉·伯沃德（Juli Berwald）指出，這類呼吸方式約出現於28億年前，也就是藍菌開始向大氣中排放氧氣之後的某個時間。

“因為它們只有外細胞層與內細胞層，內部都是膠裝物質、沒有細胞，所以它們並不像體內擁有正經組織的動物一樣，需要那麼多氧氣。”伯沃德解釋道。

不過，通過擴散法“呼吸”也有其缺點。

“要將氧氣輸送到身體較遠的末端，這種方法比通過循環系統慢得多。這也許限制了水母的體型大小。”伯沃德補充道。

“後門法”

有些棘皮動物也會通過擴散法呼吸，空氣可透過表皮進入體內。海星、海膽和海參都屬於棘皮動物。

據華盛頓史密森尼國家自然歷史博物館研究人員克里斯托弗·瑪（Christopher Mah）介紹，海星可在海水流過皮膚上的凸起物“皮鰓”（papulae）時、以及溝狀結構“管足” （tube feet）時，吸收水中的氧氣。

但有些類型的淺水海參卻有著不同的呼吸方式：在肛門附近的體腔中長有用於呼吸的“樹狀”結構。用克里斯托弗·瑪的話來說，它真是名副其實地“用屁股呼吸”。

“基本藍圖”

魚鰓是一套非常成功的呼吸系統，利用一套血管網絡從魚鰓中流過的水中提取氧氣，再通過鰓膜將氧氣擴散到體內。

路易斯安納尼古拉斯州立大學生物學院助理教授所羅門·戴維（Solomon David）表示，大多數魚鰓都遵從一套“基本藍圖”。

“它們能夠實現氣體的逆流交換，即從水中抽取氧氣，同時將呼吸廢氣排入水中。”戴維指出。魚張開嘴時，便會有一股水流從鰓上流過。魚鰓中密布的血管便可從水中獲取氧氣，同時排出二氧化碳，“有點像我們肺泡中的毛細血管。”

不過，不同魚的魚鰓並非完全相同。戴維表示，為滿足不同的氧氣需求，不同魚類的魚鰓結構差別很大。例如，一種喜歡快速游動的金槍魚的魚鰓就與喜歡“守株待兔”的魚鰓區別迥異。

“如果你是一位活躍的捕食者，隨時都在四處游動，你的魚鰓結構就要滿足更高的氧氣需求。”戴維指出。

就算是同一種類的魚，個體的魚鰓形狀也會有所不同，具體取決於其所處水域中的氧氣狀態。研究顯示，若生存水域受到污染，魚鰓的形狀也會為了適應環境而有所變化：為阻止水中污染物進入體內，鰓絲會變得越來越緊湊。

一些水生兩棲動物也有鰓，頭上長有向外伸出的分支結構。這種特徵一般只出現在動物幼年時期，大多數物種成年後就會消失。但佛羅里達大學自然資源與環境學院水生態學家克里斯汀·赫施特（Kirsten Hecht）指出，部分水生蜥蜴則能把這一特徵一直保留到成年。

有一種名為肺魚的魚類，其魚鰾結構特殊，因此它們既可在空氣中呼吸、又可在水中呼吸。肺魚在幼年時期也長有外鰓。“但幾乎所有肺魚的鰓都會在成年後消失。”赫施特解釋道。