蜥蜴在吸氣和呼氣時都能從空氣中獲取氧氣——這種能力通常與鳥類相關聯。許多科學家認為，鳥類進化出這種適應能力是為了應對飛行所需的巨大能量需求，而在草原巨蜥身上發現“單向呼吸”引發了關於這種特性何時以及為何首次進化的疑問。
“在與鳥類親緣關係如此遙遠的動物（如巨蜥）身上發現類似的空氣流動模式，真是令人震驚，”加利福尼亞州波莫納市西ern University of Health Sciences 的進化生物學家馬修·韋德爾（Mathew Wedel）說，他沒有參與這項發現。
哺乳動物和許多其他脊椎動物進行潮汐式呼吸，這意味著空氣透過同一路徑進入肺部，到達稱為肺泡的氣體交換腔，然後再返回。鳥類則不然，它們將吸入的部分空氣儲存在特殊的囊中。當它們呼氣時，會從這些空氣中提取氧氣。
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2010年，猶他大學鹽湖城分校的科琳·法默（Colleen Farmer）領導的團隊報告稱，鱷魚和其他類似鱷魚的動物也進行單向呼吸。這項發現暗示恐龍可能也以同樣的方式呼吸。但韋德爾表示，“鱷魚可能有點像鳥類，這並不令人非常驚訝”，因為它們的肺部與鳥類的肺部相似。
現在，法默和她的同事，同在同一機構的進化生物學家艾瑪·沙赫納（Emma Schachner）領導的團隊在《自然》雜誌上報告稱，草原巨蜥（Varanus exanthematicus）也使用相同的呼吸機制。（《大眾科學》是自然出版集團的一部分。）
巨蜥是一個包含約70個物種的群體，其中包括地球上最大的蜥蜴——科莫多巨蜥。沙赫納說，從表面上看，它們的肺部看起來像是使用潮汐式呼吸。“當你取出肺部時，它看起來就像一個帶腔室的袋子。它看起來一點也不像鳥類的肺部。” 但是計算機斷層掃描（CT）掃描顯示，它們有一個大的腔室，從中平行地分支出一系列多達 11 條支氣管，並透過穿孔相互連線——這種結構可以實現單向流動。
為了測試這種可能性，研究人員解剖了蜥蜴的肺部，並向其中注入了含有懸浮球體的水，以便更好地追蹤水的流動方式。水在大的腔室中呈潮汐式流動，但在較小的支氣管中呈單向流動。沙赫納的團隊還透過在五隻蜥蜴的肺部植入感測器，測量動物呼吸時的氣流，證實了空氣在呼吸過程中也遵循這些模式。
在巨蜥身上發現單向呼吸可能意味著，這種特性是在鳥類、鱷魚和蜥蜴的共同祖先（一種生活在大約 2.7 億年前，類似鬣蜥的動物）中進化出來的，或者該特徵在每個進化分支中獨立進化，沙赫納說。為了確定哪種情況是正確的，沙赫納的團隊計劃研究更多爬行動物的呼吸模式，例如鬣蜥、壁虎和鬍鬚蜥。
她的團隊的研究還引發了關於單向呼吸最初為何發展起來的問題。法默假設，單向呼吸有助於動物在屏住呼吸時獲取氧氣，因為單向呼吸允許從空氣中提取更多的氧氣——許多蜥蜴在受到驚嚇時會這樣做。鱷魚可以屏住呼吸長達 20 分鐘以上，古代海洋爬行動物可能發現這種特性對於長時間潛水很有用，沙赫納說。她說，這種特性也可能是對地球上較低氧氣水平的一種適應。在 2.5 億年前的早期三疊紀時期，氧氣佔空氣的 12%，而今天為 21%。
“這或許可以解釋巨蜥為何如此成功，”韋德爾說。這些蜥蜴從空氣中獲得的氧氣比任何其他爬行動物都多，它們生活在從乾旱沙漠到熱帶森林的各種環境中。“誰知道下一次小行星撞擊地球時會發生什麼，也許巨蜥會繼承地球，”韋德爾說。
沙赫納認為，沒有人發現蜥蜴的單向呼吸，是因為這種特性很難測量，尤其是在野生動物中。韋德爾希望沙赫納團隊的發現能夠激勵其他人摒棄傳統觀念。“現在，每個明天醒來並閱讀這篇論文的人都會帶著一絲好奇和不信任的眼光看待熟悉的生物。”
圖片來源：Schachner, E. R. 等，《自然》