飞跃珠峰的鸟：对呼吸认识的新高度 43

尽管鸟类和人类之间存在明显的差异，但其中最重要的区别并没有直观地显现出来，也不为人所知，这可能是鸟类成功占领这么多栖息地的关键因素：鸟类的肺将氧合和换气的工作分开了。人类的肺只是把这两个功能简单地整合在一起。通过膨胀和收缩，使空气流动或换气，很像壁炉的风箱。肺部扩张和收缩的区域同时也容纳了供氧气进入血液和释放二氧化碳的气体交换区。
但是韦斯特通过观察指出，工程师在设计呼吸机时，应该考虑将气体交换和空气流动的功能分开。鸟类就具备这样的肺系统。对于鸟类来说，每次吸气，空气都会进入大而易膨胀的器官—气囊，气囊里面没有气体交换。同时，部分空气被分流到单独的区域进行气体交换，该区域被称为空气毛细管或肺毛细管（见图2—4）。
鸟类呼吸时，气体交换器官不需要弯曲，空气和血管之间的距离薄到令人难以置信，远小于哺乳动物的1/3微米，这使得气体交换更加容易。最后一个不同之处在于，鸟类肺部的空气运动路径呈环状，就像血液一样，所以鸟类在吸气和呼气时都能得到新鲜空气。相比之下，人类只能从吸气过程中获得新鲜空气。
人类肺部的结构与人类的运动方式以及生存的基本需求是紧密相连的，它与鸟类的肺部结构截然不同。但令人惊讶的是，尽管各动物种类之间存在着差异，哺乳动物和鸟类血液中氧气的标准含量却完全相同——动脉血氧分压大约为95毫米汞柱。鸟类和哺乳动物的生理系统似乎都被限定在这个最佳的氧气水平，既不低也不高。
我们知道，人体在低氧水平下会出现问题，但在高氧水平下（如超过100毫米汞柱时），氧气可能会因为抓住我们不想让它抓住的电子而变得有毒，类似于氧化导致汽车生锈的过程。化学的规律和限制会作用于我们所有的生物系统，包括肺的总体解剖结构。