为什么潜水时不能直接从水里吸取氧气？

人们在潜水时，为了保证氧气的摄入都要背氧气瓶，为什么人不能像鱼一样在水中正常呼吸、生存呢？

鱼之所以能够在水中畅游，与它们的呼吸方式是分不开的。鱼的呼吸器官——鳃是敞开式的，由很多鳃丝组成，每条鳃丝上还有无数的鳃小片，毛细血管极其丰富，形成极大的表面积。随着鳃盖的开合，水不断流过鳃丝，完成气体交换。而人的肺几乎是封闭式的，只通过狭窄的呼吸道与外界相连。负责气体交换的肺泡虽然表面积巨大，但水无法在肺泡周围形成有效的流动，因此对氧的摄取效率低下。

同时，水中的氧气含量与空气相比要低很多，表层海水的氧气含量约为4～7毫升/升，而空气的氧气含量约为210毫升/升。鱼是变温动物，维持机体新陈代谢消耗的氧气较少，水中的氧气可以满足它们的生存需要。而人是恒温动物，需要的氧气量要多得多。即使假设肺对水中氧气的摄取效率与空气相当，也需要体积达空气30～50倍的海水方能满足需求，也就是肺活量或者呼吸频率得增加几十倍，这是人体无法做到的。这也可以解释为什么在海洋中生活的哺乳动物（如鲸、海豚），隔一段时间就需要浮出水面用肺来进行呼吸，而没有进化出吸收水中氧气的机制。

不过，如果有一种富含氧气的液体，人是否能够用其呼吸呢？从20世纪60年代起，科学家开始了对富氧“呼吸液”的研究，这种呼吸液必须具备对氧气和二氧化碳良好的溶解性能以及很低的表面张力防止肺泡塌陷。2017年，俄罗斯科学家宣布以全氟萘烷衍生物作为新型呼吸液可以满足机体对氧的需要。在该“呼吸液”中，实验动物（如狗）可长期生存。如果这种呼吸液可以用于人体的话，将可以应用于潜水设备的改造、早产儿及呼吸道烧伤病人的救治，甚至是太空旅行。

此外，还有通过机械设备从水中获取氧气的尝试，这被称为“人工腮”。目前，手术上使用的人工肺利用膜式氧合器让血液到体外进行气体交换，排出二氧化碳溶入氧气。人工腮则与之相反，需要提取出液体中的氧气，但原理类似。不过，这需要很大的能量驱使水体流动，不太可能缩小到单人可携带的水平，或许未来能够用在潜艇等设备上。到目前为止，仍有包括成本在内的诸多未能攻克的难题。