呼吸——雀鳥和昆蟲所用的方法

你每天大約做了23,040次，但是你未必察覺。那是什麼呢？呼吸。你的呼吸系統的設計是這麼妥善，操作是這麼有效，以致你難於留意到這時你正在呼吸。

當然，你若置身於山頂，那裡的空氣十分稀薄，呼吸就沒有那麼容易了，對嗎？或者你在水下游泳了相當時候，就不期然地需要呼吸一下。但高飛的雀鳥在呼吸方面卻沒有困難。若干種昆蟲雖然也靠空氣中的氧氣為生，卻能在水中呼吸。他們怎樣行呢？你若就近觀察一下雀鳥和昆蟲的呼吸方法，便會發覺他們顯出真正卓越的智慧和設計。

雀鳥的呼吸

任何乘過飛機飛行的人都會意識到飛行所必需的兩項重要因素——機身構造的輕盈和帶備充分的燃料。雀鳥呼吸系統的設計正好符合這兩項需要。

高能量的活動以極快的程度燃燒氧氣。人類藉著呼吸得更深和更快以彌補氧氣的缺乏。因此人在登高時要放慢步伐和不時停下來休息使呼吸系統有時間調整血液的氧氣水平。請想像雀鳥在飛行時若有同樣情形又如何！但雀鳥的呼吸系統卻可以使牠免去這種難題，因此你若在20,000英尺（6,100米）的高空見到雀鳥，也看不出他有什麼呼吸困難的跡象。牠的眼睛並不突出、面容不變蒼白，甚至連氣也不喘。牠怎能做得到呢？

原來雀鳥的器官被設計成能夠非常有效地吸收氧氣。人類的肺是袋形或風箱形的，可以充實和抽空。雀鳥的肺卻不是這樣。它們是獨特的。在正常情形下，空氣由前端進入肺內，然後通過肺而進入多個各種薄壁的氣囊；這些氣囊位於胸部和腹腔裡。（參看附圖。）早在1758年，有一位名為約翰·亨達(John Hunter)的男子發現了一件令人驚奇的事。他發現一隻氣管阻塞、翼骨破裂的鳥依然可以呼吸。這件事怎麼可能呢？

原來雀鳥的骨並不含有骨髓，它們是中空而可以容納空氣的。骨裡的中空之處連接著氣囊，氣囊則連接著肺。因此當雀鳥的氣管阻塞時，空氣從肺藉著那破裂而中空的翼骨循環流動。這項奇妙的安排可以同時解決重量和燃料的難題——燃料箱通過骨骼結構而分布在身體各處！但燃料的貯備又如何？

雀鳥的燃料貯藏其實減至最低限度。他在飛行途中——在半空——吸入燃料或氧氣。空氣通過所有氣囊和通道而接觸到身體的大部分體素，這容許鳥在呼氣之前吸收更大量的氧氣。可是，高空飛行需要強度能量，因此燃料要使用得極其有效才行。因此，雀鳥的呼吸裝備是一個稱為逆流飛行的系統。這個系統能使雀鳥藉著十分簡單的原則在空中迅速而有效地吸入氧氣。

鳥肺裡的空氣和血液從相反的方向彼此接觸。空氣流經肺部之際將更多氧氣提供給血液，血液於是能繼續吸收更多的氧。換句話說，「乾渴的」靜脈血首先接觸到的空氣所含的氧已經不多，只有一點點氧遺留下來而已。「乾渴的」血液把氧吸收了，然後繼續接觸到「較濕」的空氣，這些空氣含有較多的氧。現時血液已沒有那麼「乾渴」了，因此吸入的氧逐漸減少。結果表明這種令人驚異的過程使鳥能以極有效的方法從空氣中吸取氧。它正是在高空飛行的雀鳥所必需的！

昆蟲的呼吸

你曾想過一隻蟻若大小和象相若便會怎樣嗎？請想像這樣的蟻所具有的能力！蟻能負起相當於自己體重兩倍的重量。昆蟲的身體雖小（最大的巨蛾從翼尖至翼尖只有10至12英寸［25至30厘米］）食慾卻非常之強。美國北達科塔州的蚱蜢僅在一年之內對農作物和牧地所造成的損失即達1,714,000美元之巨！蚱蜢的身軀若像馬那麼大，他們所造成的損失會怎樣？

其實我們無需為此擔憂。昆蟲的呼吸系統使牠的大小無法有很大變化。據《美國科學月刊》透露，昆蟲的呼吸系統（該刊稱之為「精巧到差不多難以置信的生物工程學傑作」）具有一種天生的限制大小的因素！此外，正如雀鳥的呼吸系統適合飛行，昆蟲的呼吸系統也正好適合牠的生活方式。怎會如此呢？

昆蟲是能量製造廠。以他們的大小而論，他們的確擔任著大力士的工作。因此牠們對氧的需求極高。昆蟲沒有肺。可是，我們很懷疑你曾見過一隻喘氣的昆蟲。為什麼呢？因為昆蟲的呼吸系統是被設計成可以應付無限需求的。

在幼蟲時期，昆蟲的皮膚有許多小點向內推進，組成中空的管子，這些管子對著空氣開口。管子越深入體內，分支就越多和越窄。最後，每個細胞和一枝或以上的管子接觸。因此，每個細胞都有直接通向空氣的管道，這意味到氧氣不必通過血液循環系統就可立刻使用。這正是昆蟲在從事高能量活動時所需具備的條件！

通過管子來呼吸的系統有一項難題，便是空氣需要雙程流動——輸入氧氣和輸出二氧化碳。昆蟲的管子能輸入氧氣，但二氧化碳又如何呢？原來，二氧化碳和氧氣不同，它較容易通過體素擴散。因此它不需通過管子排出體外。反之，它通過昆蟲的皮膚散放出外。

有些昆蟲雖然依靠空氣所供應的氧為生，但幼蟲卻生活在水下。他們怎樣呼吸呢？其中有些向上伸出一條「呼吸」管——有時管子附有活門以防洶湧的水進入。有些靠著「潛水鈴」，亦即氣泡，呼吸為生。當然，在用盡泡內的氧時必須加以補充才行。研究家留意到昆蟲在氣泡內的氧氣應該已經耗盡時還能在水下停留很久，曾有很長的時期他們對此感到困惑。這件事怎麼可能呢？

這時擴散過程就發揮作用了。當氣泡內的氧氣壓力低於四週的水的氧氣壓力時，水裡的氧就衝入泡內。（請記得，水是由兩個氫原子和一個氧原子構成的。）『但氣泡為什麼不縮陷呢？』你也許納罕。原來，氣泡內的空氣含有氮，它留在泡內而不會擴散入水裡。因此，幼蟲雖不用氮來幫助牠發育，牠的「維生系統」卻要依靠氮！

的確，觀察過雀鳥和昆蟲怎樣呼吸之後，你會同意這些生物的呼吸系統反映出真正卓越的智慧和設計。但是你覺得相信盲目的機遇或認為雀鳥和昆蟲本身發展出這些有賴於科學原則的呼吸系統容易一點嗎？抑或你會與著名的發明家愛迪生(Thomas Edison)作出相同的結論？他說：「對大自然的過程觀察多年之後，我無法懷疑有一最高的智慧存在。」

［第25頁的圖片］

鳥的呼吸系統

氣管

兩個肺

氣囊

［第26頁的圖片］

昆蟲呼吸系統——怎樣發揮功用

無肺

管

細胞