沙蚕（多毛纲环节动物）没有像鱼那样的鳃，但它们在水下生活得非常好。它们的呼吸机制主要依赖于高度特化的皮肤（表皮）和疣足（parapodia），通过一种称为皮肤呼吸或体表呼吸的方式来进行气体交换。以下是其工作原理和关键适应机制：
薄而透气的表皮：
- 沙蚕的皮肤非常薄，特别是表皮层。
- 表皮细胞富含毛细血管网络，这些微小的血管非常靠近皮肤表面。
- 这种结构使得溶解在水中的氧气（O₂）能够非常容易地通过扩散作用穿过薄薄的表皮细胞层，直接进入血液中。
- 同时，血液中代谢产生的二氧化碳（CO₂）也通过扩散作用，穿过表皮细胞层释放到周围的水中。
巨大的体表面积：
- 沙蚕的身体呈长而分节的蠕虫状。这种形态本身就提供了相对较大的体表面积。
- 更重要的是，沙蚕身体两侧几乎每个体节都长有一对疣足。疣足是肉质的叶状或桨状附肢。
- 疣足极大地增加了沙蚕与周围水环境接触的表面积，为气体交换提供了广阔的平台。疣足表面同样覆盖着薄表皮和丰富的毛细血管。
保持表皮湿润和清洁：
- 皮肤呼吸有效的前提是表皮必须保持湿润，因为气体交换需要溶解在水膜中才能进行。沙蚕生活在水中，这自然满足了湿润条件。
- 沙蚕会分泌粘液覆盖体表，这有助于保持水分，保护皮肤，并可能帮助清除可能堵塞气体交换的碎屑。
- 沙蚕经常活动（蠕动、游泳），这有助于搅动周围的水，带来新鲜的含氧水冲刷体表，并带走积累的二氧化碳，避免在体表形成静止的、低氧的“边界层”。
高效的循环系统：
- 沙蚕拥有一个封闭的循环系统，包括背血管（主要搏动泵血）和腹血管。
- 血液在疣足和体壁的毛细血管床中流动缓慢，这为氧气充分扩散进入血液提供了足够的时间。
- 许多沙蚕的血液中含有血红蛋白（一种含铁的呼吸色素），使血液呈现红色。血红蛋白能高效地与氧气结合（在氧气浓度高的地方）和释放（在氧气浓度低的地方），大大增强了血液的携氧能力。这对于生活在可能缺氧的沉积物环境（如泥滩、沙底）中的沙蚕尤其重要。
行为的辅助作用：
- 沙蚕的活动（如挖掘洞穴、在底质表面爬行、游泳）有助于促进水在其体表流动，持续更新气体交换界面。
- 一些穴居沙蚕可能会通过身体蠕动在洞穴内制造水流。
总结来说，沙蚕的水下呼吸机制是：
溶解在水中的氧气 → 扩散通过湿润、菲薄的表皮和疣足表面 → 进入紧贴表皮的毛细血管血液中 → 与血液中的血红蛋白结合 → 通过循环系统输送到全身组织。同时，组织产生的二氧化碳 → 扩散进入血液 → 运输回体表毛细血管 → 扩散通过表皮 → 释放到周围水中。
这种依赖体表（包括高度特化的疣足）进行气体交换的方式，是多毛纲环节动物（包括沙蚕）适应水生环境的关键特征之一。它不需要专门的鳃结构，而是充分利用了身体形态（长、分节、有疣足）、皮肤结构（薄、血管丰富）和生理机制（含血红蛋白的血液）的协同作用。
