Жабры и легкие очень похожи друг на друга с физиологической точки зрения. Они сильно васкуляризированы и имеют большое отношение поверхности к объему, чтобы обеспечить максимально возможную эффективность газообмена.

Легкие хорошо работают с воздухом, потому что они обеспечивают вентиляцию за счет откачки воздуха. Расширяйтесь, чтобы втягивать воздух, богатый кислородом, и сжимайтесь, чтобы вытолкнуть бедный кислородом воздух. Это не удается сделать под водой, потому что последний (примерно) в семьсот раз плотнее и в сто раз вязче воздуха. Он также практически несжимаемый. Накачка воды в легкое и из него требует столько сил и энергии, что подводное дыхание становится неэффективным, поэтому мы тонем.

Жабры, с другой стороны, приспособлены к характеристикам воды как жидкости. Из Википедии :

Плотность воды не позволяет жабрам схлопываться и лежать друг на друге, что происходит, когда рыбу вынимают из воды.

Как насчет того, чтобы дать вашей русалке какое-нибудь гибкое жидкостное легкое?

Пусть у нее горловая система очень похожа на нашу, но вместо того, чтобы быть набором воздушных карманов, ее легкие представляют собой полые полости. Внутри этих полостей имеется большой набор жабр. Пусть у русалки тоже будет одна или несколько пар прорезей по бокам, прямо под нижними ребрами и соединенных с этими легкими. Эти прорези могут различаться по размеру, скажем, от пяти до двенадцати дюймов в длину, в зависимости от вашего вкуса в дизайне существ. Они также могут быть расположены более фронтально, если хотите.

Под водой она дышит, как рыба, только с более длинным контуром, через который проходит вода. Она берет воду изо рта и носа, пропускает ее через жаберно-легкие («жаберные»?), затем откачивает ее через реберные щели.

Чтобы дышать воздухом, она сначала выпускает воду через реберные щели, а затем закрывает эти щели. Теперь она может накачивать воздух в свои «жабры» (мне очень нравится этот неологизм) как человек. Ей просто нужно держать немного воды, чтобы ее внутренние жабры оставались влажными, чтобы они не сжимались друг о друга (на самом деле так дышат наземные крабы). Она может выделить немного телесной жидкости, может быть, немного слизи, чтобы убедиться, что ее жабры не высохнут быстро.

Это пойдет ей на пользу. Снова цитирую Википедию:

В пресной воде содержание растворенного кислорода составляет примерно 8 см ³ /л по сравнению с содержанием кислорода в воздухе, которое составляет 210 см ³ /л.

Чтобы у нее была скорость метаболизма, как у человека, если она дышит только водой, ей придется полагаться на вентиляцию барана. То есть ей придется постоянно плавать, чтобы получать достаточное количество кислорода, как и акуле. Это потребовало бы много энергии. Но тот факт, что она также может дышать воздухом, означает, что она может время от времени всплывать на поверхность для подпитки кислородом.

Добавьте очень большую концентрацию миоглобина к ее мышцам, и она сможет поддерживать этот импульс для длительных погружений, как это делают киты. С тем преимуществом, что она не утонет, если потратит слишком много времени на глубокое погружение — она просто вернется к своему более медленному метаболизму до следующего всплытия.

Ну и про соль...

Просто используйте те же решения, которые уже нашла природа. Большая толерантность к мочевине, как у акул; и супер почки, как у китообразных. На самом деле это та часть, которая требует наименьшего недоверия ИМО.

1. Существу не обязательно уметь дышать под водой, чтобы быть успешным в воде.

Есть много примеров существ, которые задерживают дыхание так долго, что могут проводить больше времени под водой, чем над ней. Примеры включают китов, дельфинов, черепах и бегемотов. Вместо того, чтобы дать вашему существу возможность поглощать кислород под водой, вы можете просто дать ему большие легкие и позволить его крови поглощать гораздо более высокие концентрации кислорода, чем сейчас.

2. Некоторые черепахи могут поглощать кислород через задний проход.

Вот ссылка на заявление выше. У вашего существа не обязательно должен быть орган, поглощающий кислород, в задней части тела, но в любом месте, где вы можете позволить себе предоставить ему достаточно большую площадь поверхности (я предлагаю область живота). Поглощение кислорода таким образом является пассивным процессом, а это означает, что существу не нужно сознательно делать что-либо для поглощения кислорода. Процесс продолжается за счет самостоятельных функций организма (регулируемых позвоночником, а не мозгом).

3- Жабры

У рыб есть жабры, и они очень эффективно дышат под водой. Вы можете использовать тот же аппарат для своего существа.

дыхание в основном сводится к газообмену через полупроницаемую мембрану. Как правило, эта мембрана должна оставаться влажной, чтобы функционировать должным образом, поэтому над водой вы ограничены тем, что поддерживаете влажность всего существа (безлегочные саламандры, многие инвертированные, такие как плоские черви) или держите влажную мембрану, заключенную в камеру внутри тела, в то время как остальные тела имеет преграду для потери влаги (легкие позвоночных, жабры в защечных мешках прыгунов, легкие-книжки пауков и др.).

Это немного отличается от вопроса о соли и свежести. В воде полупроницаемые мембраны будут обеспечивать движение не только растворенных газов, но и воды, которая захочет достичь равновесия с водой по другую сторону мембраны. Итак, если с одной стороны у нас плотная жидкость, а с другой менее плотная жидкость, вода будет течь от менее плотной стороны к более плотной. Задача организма состоит в том, чтобы сбалансировать это так, чтобы он либо не выскакивал из воды, пытаясь разбавить свою внутреннюю жидкость, либо не высыхал, когда вода высасывается, чтобы уравновеситься с окружающим более соленым морем.

Рыбам, например, в пресной воде приходится откачивать воду, чтобы сохранить равновесие, поэтому, когда вода проникает через жабры, ее выкачивают почки. Повредите почки, и рыба заболевает водянкой и опухает, как сосновая шишка. Морские рыбы должны пить воду, отфильтровывать и выделять лишнюю соль. Обе эти стратегии работают частично, потому что рыба не полностью проницаема для всего тела. Жидкостный и газовый обмен ограничен небольшими областями (жабры, кишечник, легкие или другие модифицированные органы у некоторых видов).

Другая стратегия заключается в попытке согласования плотности жидкости внутри и снаружи (осмоконформация), что является чем-то вроде того, что делает лягушка-крабоед, накапливая мочевину, чтобы ее внутренняя жидкость соответствовала плотности соленой воды вокруг нее. Большинство морских инвертов в той или иной степени являются осмоконформерами.

Все это немного не по теме и является грубым упрощением, но я просто хотел немного уточнить, почему некоторые твари ограничены пресной или соленой водой. Это не связано конкретно с дыханием воздухом или под водой, но оба включают обмен через мембраны, так что, возможно, есть что-то полезное в кратком описании этого.

Я знаю, что с самого начала нарушаю ваше правило, но я думаю, что рыбы, дышащие воздухом, информативны, и любой ответ будет включать те же самые основы, которые они разделяют с земноводными: поглощение воздуха через влажную мембрану. У амфибий это кожа, у рыб — внутренности, щеки/жабры или примитивные легкие. Я полагаю, что это был бы наиболее разумный механизм для позвоночных, таких как русалка: легкие в дополнение к жабрам или внутренним жабрам в камере, которая может содержать воду, которая может оставаться насыщенной растворенным кислородом, глотая воздух, когда он находится над поверхностью.

В качестве альтернативы обратите внимание на членистоногих. Многие крабы и раки в той или иной степени являются амфибиями.

Кожа земноводных должна оставаться влажной, а также проницаемой. Следовательно, соль попадет в организм.

Источник: https://www.reddit.com/r/askscience/comments/3isp06/why_are_there_no_saltwater_amphibians/

Мое предложение состоит в том, чтобы либо дать им упомянутую лягушачью способность переносить соленую воду, либо вместо этого просто не позволять им быть земноводными существами, а вместо этого позволить им задерживать дыхание на очень долгое время. Либо из-за низкой потребности в кислороде, либо из-за хранения воздуха или концентрированного кислорода где-то внутри их тел.

По сути, степпингонцы правы в том, что они копируют конструкцию жабр крабов, чтобы они дышали в воду и из воды. Дополнительные пояснения по этому поводу можно увидеть здесь. https://www.thoughtco.com/how-do-crabs-breathe-2291887 Есть, однако, одна загвоздка в дыхательной системе: хотя жаберное отверстие может быть достаточно широким между ребрами, носовые отверстия все еще слишком малы. . Не забывайте, что кислорода, растворенного в воде, колеблется около 1% по сравнению с 21% в воздухе. http://www.lakeaccess.org/russ/oxygen.htm

Вы должны изменить место впуска, чтобы приспособить более крупные водозаборники. Может быть, два отверстия на плечах, между верхним грудным ребром и задним ребром? Диафрагма все еще может выполнять свое действие. Входы и выходы открываются и закрываются попеременно и пропускают поток в одном направлении. Как и у крабов, отверстия закрываются снаружи водой, чтобы сохранить влажность, и они дышат через нос. Они должны выбрасывать лишнюю воду при первом глотке воздуха.

лягушка-крабоед имеет некоторую устойчивость к соленой воде, у нее есть специальные почки и кожа, чтобы справиться с солью.

Я не уверен, почему вы сопротивляетесь взгляду на двоякодышащую рыбу, я бы подумал, что это будет лучший пример чего-то, что работает близко к тому, как русалка с жабрами и легкими будет работать в теории.

Я задавал аналогичный вопрос, и он касался биологии одного из моих персонажей. Чтобы ее жабры не слипались на суше, они выделяют эту пленку, которая также сохраняет их влажными, и чтобы ее легкие не заполнялись водой, должна быть какая-то гидравлическая система, которая будет отводить лишнюю жидкость из легких, и выводят его вместе с частицами отходов жизнедеятельности через жабры. И аналогичная система могла бы работать для ваших существ, которые могут жить как на суше, так и в воде.