鸟类呼吸系统的结构（鸟类的呼吸系统）

从平地或海面起飞，是反抗万有引力的逆天本领。做成这事，需要巨量的能量，这又意味着肌肉组织要得到很多氧气，因身体要燃烧葡萄糖为肌肉机器提供能量。与此同时，终端产物二氧化碳也需要及时丢弃。

飞行的鸟类

哺乳动物和鸟类都有肺，肺里有不断分叉、越分越细的管子，最终成为毛细气管。毛细气管与毛细血管之间的屏障极为微妙，间壁极薄，以便于不停循环的血红细胞接触到新鲜空气，于是排出二氧化碳，摄入氧气。但是，在空气到达最后的、单层细胞组成的气-血界面之前，空气所由传输的管道系统，鸟类的和哺乳动物的大不相同。

鸟类演化出一套更加复杂的单向溢流道式的呼吸系统，而哺乳动物的肺尽管大，却较简单，吸入的新空气跟呼出的废气在肺里混合在一起，直到终端水平上那些气球状的肺泡里也是如此—气体交换就是在肺泡里发生的。鸟肺没有肺泡那样样的“终端构造“，它们用的是一套由相互连通的细小管子组成的“连续流”系统。

暂且先摆活下较为熟悉的人类模式。人的肺脏和心脏装在胸腔里，由一片叫做横膈膜的肌肉从腹腔隔开。膈肌往下收缩，胸腔扩张，我们就吸入；而放松膈肌，我们就能呼出。横膈膜并不是独立完成任务；它时时得到肋间肌肉和腹肌的帮助。

人类的呼吸系统

鸟类没有膈肌，而用其他肌肉，包括肋间肌，来扩张或收缩肺脏和大型气囊。这些气囊延展极广，甚至都嵌到骨头里。相比诸位还记得鸟类那伸得长长、动转自如的脖子吧。气管，那条连通呼吸道跟外部世界的管子，通常是鸟的比哺乳动物的长；它起着共鸣器的作用。我们之所以很难模仿一些鸟叫声，就因为我们脖子太短。哺乳动物的气管，只是简单地左右叉开，分到两肺；鸟类的可就复杂了。它们的气管一分再分，这些支气管直接通过肺脏，直到那套由前气囊后气囊组成的复杂系统为止。在气囊里并不发生氧气/二氧化碳的交换；气囊的作用，毋宁说像铁匠用来把空气送往烘炉的风箱。

鹦鹉的解剖图

吸气时，肌肉将胸骨向前拉下，舒展肋骨，减小身体内压，把新鲜空气引入肺脏和气囊。一半的吸入空气通过肺脏这台气体交换机，进入前气囊，另一半吸入的空气则继续载着氧气，直接进入后气囊。胸骨向后向上移动，胸腔收缩，驱使肺脏和前气囊里用过的“废气”直接进入气管，与此同时，将后气囊中的新鲜空气压入肺脏。

如此，则我们人类的肺脏像一组潮汐系统，大气的海洋冲进冲出，鸟类的战略则提供了一套连续的新鲜空气之流，先是来自“海洋”本身，继而来自后气囊形成的“水库”，这些水库在吸气时存水，呼气时则向肺脏提供完全新鲜含氧的空气。这样的鸟肺，用气囊作风箱，保证了气流的连续性。于是乎，肺脏本身就可以端住架子，矜持不动。这意味着，气体跟肺毛细血管本身可以更细小，上皮屏障更衣更薄，于是气体交换效率更高。

个中的净结果是，鸟类能更高效地吸入氧气，排除二氧化碳。登山家和高山滑雪家一定注意到，猛禽和大雁等等，如何在空气稀薄的高度上轻松飞翔，而我们人类稍微动一动就得大口喘气。高效的呼吸系统意味着可以处理相对体重来说比我们更多的空气，这使它们成为更加有效的“大气取样机”。

文章摘自《人鸟与共》

《人鸟与共 》 湖南科学技术出版社 2021.10