基本介绍播报

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双重呼吸

鸟类适应飞行生活的一种呼吸方式。（但近年来的一些研究发现双重呼吸同样存在于某些爬行类身上 [1]）鸟类在呼吸的时候，吸入的气体一部分进入肺进行气体交换，一部分直接进入气囊；呼气时，先前进入气囊的气体再进入肺进行气体交换。值得一提的是，直接吸入气囊的气体不会通过肺。鸟类的肺具有气流单向性 [3]。在呼气时，气囊中的空气会被压出体外，但必须先通过肺，于是又在肺中补行一次气体交换。这样，鸟类每作一次呼吸活动，肺内就会发生两次气体交换，这种现象称为双重呼吸。 双重呼吸在鸟类飞行中是非常重要的，其意义是满足了鸟类飞行时要大量氧气的需要。

注意，双重呼吸主要器官是肺与气囊，但气囊只是辅助肺呼吸，气体交换的器官依旧是肺。

气囊用途播报

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气囊的作用：减轻质量，散发热量，减小内脏间的摩擦，得到充分的氧气的作用。

生物呼吸播报

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鸟类呼吸的特点

鸟的呼吸与一般的动物不同，一般的陆生脊椎动物呼吸时只空气吸进肺里，在肺内进行一次气体交换，然后呼出。而鸟的体腔内有许多由薄膜构成的气囊，与肺相通。吸气时，一部分空气在肺内进行气体交换后进入前气囊，另一部分空气经过支气管直接进入后气囊。呼气时，前气囊中的空气直接呼出，后气囊中的空气经肺呼出，又在肺内进行气体交换。这样，在一次呼吸过程中，肺内进行了两次气体交换，因此叫做双重呼吸。

鸟类在静止时，呼吸作用是靠肋骨升降引起胸廓的扩大和缩小来完成的，飞翔时，由于胸肌处在紧张状态，不能采取这样的呼吸方式，只有依靠气囊才能完成强烈的呼吸作用。满足飞翔时高能量的消耗。当翼上举时，气囊扩大，由于内外气压不平衡，空气迅速进入肺和气囊。除部分空气由于未经肺内的毛细支气管，所以是富有氧气的。当翼下降时，气囊受到挤压而收缩，把原来贮存的空气压出，再度经过肺而排出体外。气体第二次经过肺时，又进行了一次气体交换，所以无论是吸气，还是呼气，肺前后两次进行了气体交换，这种现象称为“双重呼吸”。可见，气囊的出现和“双重呼吸”是鸟类对飞翔生活的重要适应，保证了飞翔时剧烈呼吸作用的顺利进行。

某些爬行类的双重呼吸

双重呼吸

在炎热的夏天，最懒的动物莫过于鳄鱼了。研究者曾一直认为鳄鱼的肺与众不同，可是最近的研究发现这类爬行动物与鸟类的呼吸结构出奇的相似。初龙是鳄鱼、恐龙类以及和现代鸟类的始祖。这次的发现有助于解释2.5亿年前初龙在世界范围内大规模存在的原因。

尽管过去的几个世纪里，我们对恐龙类有比较深入的研究，可是古生物学家仍对它们的呼吸状态知之甚少，因为肺无法形成化石保存至今。研究恐龙类的近亲鸟类，是填补他们研究呼吸生理机能空白的方法之一。在哺乳动物的肺部，氧气通过小液囊进入，二氧化碳从中排出。但是鸟类的气流是单向流动的，像一个飞机引擎，吸气时空气经微气管从体外进入气囊，呼气时气体经微气管从气囊排出体外。这种肺部机能既保证了鸟类呼吸足量而又顺畅，同时可以有效减轻体重以适应空中飞翔。

那么今日仍幸存的恐龙亲戚们是什么情况呢？位于美国盐湖城犹他州大学的进化生物学C. G. Farmer和Kent Sanders试图弄明白包括短吻鳄和非洲鳄在内的鳄鱼类肺部的工作机能。Farmer说，鸟类和鳄类是姐妹群，如果我们找到两者的共同点，这很可能是因为它们源自共同的祖先。

双重呼吸

近五年里，这两位研究者通过核磁共振成像和在动物肺部的解剖样本里注入液体增大压强的方式追踪动物肺部的气流活动路径。在《科学》今日看点里，姊妹篇报道说，鳄类与鸟类一样，气体通过肺部单向循环，不像哺乳动物那样气体通过小液囊进出。气体从气管进入通过肺部到达尾部，然后又通过气管从鼻孔排出。这种机能使鳄类比哺乳动物在需要的时候通过肺部吸收更多的氧气。Farmer说：“这种呼吸方式并非鸟类独有”。

一位局外人，位于西雅图华盛顿大学的形态学者Adam Summers评价：“这是令人振奋的发现，我很惊讶原来我们竟然不知道鳄鱼是怎么呼吸的”。Summers说，这种单向流形式解释了在2.5亿年前氧气量减少，大量生物灭亡的情况下，初龙如何演变成恐龙。他继续解释道，这种能吸收更多氧气的肺帮助它们比同时期的哺乳类动物更适应当时稀薄的氧气量。

Summers说：“还有一种可能。我们还不知道诸如蜥蜴之类的动物如何呼吸。如果这些非哺乳类的脊椎动物都是单向流呼吸，哺乳动物的呼吸倒变得非常罕见。这样一来，曾经我们认为解释明白的问题又将变成新的疑问”。 [2]

鳄鱼的双重呼吸图示

呼吸过程播报

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双重呼吸过程中的“主角”是由肺和气囊来分担。顾名思义，气囊就是“能充气的囊”。气囊能充气，当然也能放气。这就好像小孩玩的气球一样，吹了气，就胀；放了气，就瘪。

双重呼吸过程

气囊的数量很多，分布在鸟类体腔里的各个器官之间，有的还突入骨的空腔里,还有的在内脏间。鸟类的呼吸系统非常发达。它的肺是跟许多气囊相通的，由于这个相通，双重呼吸的奇迹就出现了！鸟类在栖止时，主要靠胸骨和肋骨的运动来改变胸腔容积，以进行呼吸。但是当进行飞翔时，情况就变了。因为这时胸骨等有关构造“忙碌”得很（要牵动两翼进行飞翔），不可能很好“照顾”呼吸作用。那么，呼吸作用就要靠气囊协助肺来进行了。

鸟在飞行时，两翼上下扇动得很厉害，这就促使气囊进行扩张和收缩。这个情况，就跟我们拉风箱一样。当气囊扩张时，外界的空气就吸入肺内，其中有大量空气在肺内进行了气体变换，但也有一部分空气进入了气囊。当气囊收缩时，气囊里的空气又经过肺而排出体外。这样，空气就两次经过肺，两次进行气体交换，发挥了双重呼吸的作用。

鸟类飞翔越快，翼膀的扇动当然也越猛烈。这个双重呼吸池就更加“大显神通”、“发挥妙用”了。这祥，就能保证鸟类在飞翔中得到充分的氧气。

气囊的妙用还不仅仅在辅助呼吸，它还有很好的散热作用。因为鸟在呼吸时，有大量的冷空气进入了气囊。这就使飞翔中产生的过多热量，可以迅速散发出去，使体温不致增高。此外，还有减轻鸟体对空气的比重作用以及减少内部脏器的摩擦作用等。

呼吸意义播报

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提高了气体交换的效率，保证鸟类高空飞行对氧气的充分需要；另外，气囊可减轻身体比重，有利于减少内脏器官间的摩擦和散发体内的热量。

主要器官播报

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鸟类的肺没有肺泡，只有呼吸性细支气管。实际上就是因为空气经过肺以后并没有停止，而是继续前行进入了一些气囊。如果你注意观察鸡鸭的肺就会发现像海绵，外面没有完整的结缔组织膜，因为外面本来就是各个气囊。

鸟类一共有九个大气囊，分别由不同的通道和阀门控制。吸气时，一部分新鲜空气经过肺进入后气囊，此时肺里可以得到氧气、排出二氧化碳；同时，还有一部分新鲜空气没有经过肺，而是直接进入了前气囊。呼气时，阀门的开闭发生了改变，原来经过肺的空气直接排出了体外，而原来没有经过肺的仍然新鲜的空气则会经过肺才能排出体外，所以此时在肺部仍然可以进行气体交换。这就是双重呼吸。 由于有了气囊，才能进行双重呼吸以满足飞翔的这种剧烈运动（远远超过了陆上的剧烈程度）。

其实，气囊还有减小身体比重、及时散热、保护内脏等功能，是鸟类飞行适应特点中的重要特点。