呼吸——雀鸟和昆虫所用的方法

你每天大约做了23,040次，但是你未必察觉。那是什么呢？呼吸。你的呼吸系统的设计是这么妥善，操作是这么有效，以致你难于留意到这时你正在呼吸。

当然，你若置身于山顶，那里的空气十分稀薄，呼吸就没有那么容易了，对吗？或者你在水下游泳了相当时候，就不期然地需要呼吸一下。但高飞的雀鸟在呼吸方面却没有困难。若干种昆虫虽然也靠空气中的氧气为生，却能在水中呼吸。他们怎样行呢？你若就近观察一下雀鸟和昆虫的呼吸方法，便会发觉他们显出真正卓越的智慧和设计。

雀鸟的呼吸

任何乘过飞机飞行的人都会意识到飞行所必需的两项重要因素——机身构造的轻盈和带备充分的燃料。雀鸟呼吸系统的设计正好符合这两项需要。

高能量的活动以极快的程度燃烧氧气。人类借着呼吸得更深和更快以弥补氧气的缺乏。因此人在登高时要放慢步伐和不时停下来休息使呼吸系统有时间调整血液的氧气水平。请想象雀鸟在飞行时若有同样情形又如何！但雀鸟的呼吸系统却可以使它免去这种难题，因此你若在20,000英尺（6,100米）的高空见到雀鸟，也看不出他有什么呼吸困难的迹象。它的眼睛并不突出、面容不变苍白，甚至连气也不喘。它怎能做得到呢？

原来雀鸟的器官被设计成能够非常有效地吸收氧气。人类的肺是袋形或风箱形的，可以充实和抽空。雀鸟的肺却不是这样。它们是独特的。在正常情形下，空气由前端进入肺内，然后通过肺而进入多个各种薄壁的气囊；这些气囊位于胸部和腹腔里。（参看附图。）早在1758年，有一位名为约翰·亨达(John Hunter)的男子发现了一件令人惊奇的事。他发现一只气管阻塞、翼骨破裂的鸟依然可以呼吸。这件事怎么可能呢？

原来雀鸟的骨并不含有骨髓，它们是中空而可以容纳空气的。骨里的中空之处连接着气囊，气囊则连接着肺。因此当雀鸟的气管阻塞时，空气从肺借着那破裂而中空的翼骨循环流动。这项奇妙的安排可以同时解决重量和燃料的难题——燃料箱通过骨骼结构而分布在身体各处！但燃料的贮备又如何？

雀鸟的燃料贮藏其实减至最低限度。他在飞行途中——在半空——吸入燃料或氧气。空气通过所有气囊和通道而接触到身体的大部分体素，这容许鸟在呼气之前吸收更大量的氧气。可是，高空飞行需要强度能量，因此燃料要使用得极其有效才行。因此，雀鸟的呼吸装备是一个称为逆流飞行的系统。这个系统能使雀鸟借着十分简单的原则在空中迅速而有效地吸入氧气。

鸟肺里的空气和血液从相反的方向彼此接触。空气流经肺部之际将更多氧气提供给血液，血液于是能继续吸收更多的氧。换句话说，“干渴的”静脉血首先接触到的空气所含的氧已经不多，只有一点点氧遗留下来而已。“干渴的”血液把氧吸收了，然后继续接触到“较湿”的空气，这些空气含有较多的氧。现时血液已没有那么“干渴”了，因此吸入的氧逐渐减少。结果表明这种令人惊异的过程使鸟能以极有效的方法从空气中吸取氧。它正是在高空飞行的雀鸟所必需的！

昆虫的呼吸

你曾想过一只蚁若大小和象相若便会怎样吗？请想象这样的蚁所具有的能力！蚁能负起相当于自己体重两倍的重量。昆虫的身体虽小（最大的巨蛾从翼尖至翼尖只有10至12英寸［25至30厘米］）食欲却非常之强。美国北达科塔州的蚱蜢仅在一年之内对农作物和牧地所造成的损失即达1,714,000美元之巨！蚱蜢的身躯若像马那么大，他们所造成的损失会怎样？

其实我们无需为此担忧。昆虫的呼吸系统使它的大小无法有很大变化。据《美国科学月刊》透露，昆虫的呼吸系统（该刊称之为“精巧到差不多难以置信的生物工程学杰作”）具有一种天生的限制大小的因素！此外，正如雀鸟的呼吸系统适合飞行，昆虫的呼吸系统也正好适合它的生活方式。怎会如此呢？

昆虫是能量制造厂。以他们的大小而论，他们的确担任着大力士的工作。因此它们对氧的需求极高。昆虫没有肺。可是，我们很怀疑你曾见过一只喘气的昆虫。为什么呢？因为昆虫的呼吸系统是被设计成可以应付无限需求的。

在幼虫时期，昆虫的皮肤有许多小点向内推进，组成中空的管子，这些管子对着空气开口。管子越深入体内，分支就越多和越窄。最后，每个细胞和一枝或以上的管子接触。因此，每个细胞都有直接通向空气的管道，这意味到氧气不必通过血液循环系统就可立刻使用。这正是昆虫在从事高能量活动时所需具备的条件！

通过管子来呼吸的系统有一项难题，便是空气需要双程流动——输入氧气和输出二氧化碳。昆虫的管子能输入氧气，但二氧化碳又如何呢？原来，二氧化碳和氧气不同，它较容易通过体素扩散。因此它不需通过管子排出体外。反之，它通过昆虫的皮肤散放出外。

有些昆虫虽然依靠空气所供应的氧为生，但幼虫却生活在水下。他们怎样呼吸呢？其中有些向上伸出一条“呼吸”管——有时管子附有活门以防汹涌的水进入。有些靠着“潜水铃”，亦即气泡，呼吸为生。当然，在用尽泡内的氧时必须加以补充才行。研究家留意到昆虫在气泡内的氧气应该已经耗尽时还能在水下停留很久，曾有很长的时期他们对此感到困惑。这件事怎么可能呢？

这时扩散过程就发挥作用了。当气泡内的氧气压力低于四周的水的氧气压力时，水里的氧就冲入泡内。（请记得，水是由两个氢原子和一个氧原子构成的。）‘但气泡为什么不缩陷呢？’你也许纳罕。原来，气泡内的空气含有氮，它留在泡内而不会扩散入水里。因此，幼虫虽不用氮来帮助它发育，它的“维生系统”却要依靠氮！

的确，观察过雀鸟和昆虫怎样呼吸之后，你会同意这些生物的呼吸系统反映出真正卓越的智慧和设计。但是你觉得相信盲目的机遇或认为雀鸟和昆虫本身发展出这些有赖于科学原则的呼吸系统容易一点吗？抑或你会与著名的发明家爱迪生(Thomas Edison)作出相同的结论？他说：“对大自然的过程观察多年之后，我无法怀疑有一最高的智慧存在。”

［第25页的图片］

鸟的呼吸系统

气管

两个肺

气囊

［第26页的图片］

昆虫呼吸系统——怎样发挥功用

无肺

管

细胞