蜥蜴在吸气和呼气时都能从空气中获取氧气——这种能力通常与鸟类相关联。许多科学家认为，鸟类进化出这种适应能力是为了应对飞行所需的巨大能量需求，而在草原巨蜥身上发现“单向呼吸”引发了关于这种特性何时以及为何首次进化的疑问。
“在与鸟类亲缘关系如此遥远的动物（如巨蜥）身上发现类似的空气流动模式，真是令人震惊，”加利福尼亚州波莫纳市西ern University of Health Sciences 的进化生物学家马修·韦德尔（Mathew Wedel）说，他没有参与这项发现。
哺乳动物和许多其他脊椎动物进行潮汐式呼吸，这意味着空气通过同一路径进入肺部，到达称为肺泡的气体交换腔，然后再返回。鸟类则不然，它们将吸入的部分空气储存在特殊的囊中。当它们呼气时，会从这些空气中提取氧气。
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2010年，犹他大学盐湖城分校的科琳·法默（Colleen Farmer）领导的团队报告称，鳄鱼和其他类似鳄鱼的动物也进行单向呼吸。这项发现暗示恐龙可能也以同样的方式呼吸。但韦德尔表示，“鳄鱼可能有点像鸟类，这并不令人非常惊讶”，因为它们的肺部与鸟类的肺部相似。
现在，法默和她的同事，同在同一机构的进化生物学家艾玛·沙赫纳（Emma Schachner）领导的团队在《自然》杂志上报告称，草原巨蜥（Varanus exanthematicus）也使用相同的呼吸机制。（《大众科学》是自然出版集团的一部分。）
巨蜥是一个包含约70个物种的群体，其中包括地球上最大的蜥蜴——科莫多巨蜥。沙赫纳说，从表面上看，它们的肺部看起来像是使用潮汐式呼吸。“当你取出肺部时，它看起来就像一个带腔室的袋子。它看起来一点也不像鸟类的肺部。” 但是计算机断层扫描（CT）扫描显示，它们有一个大的腔室，从中平行地分支出一系列多达 11 条支气管，并通过穿孔相互连接——这种结构可以实现单向流动。
为了测试这种可能性，研究人员解剖了蜥蜴的肺部，并向其中注入了含有悬浮球体的水，以便更好地追踪水的流动方式。水在大的腔室中呈潮汐式流动，但在较小的支气管中呈单向流动。沙赫纳的团队还通过在五只蜥蜴的肺部植入传感器，测量动物呼吸时的气流，证实了空气在呼吸过程中也遵循这些模式。
在巨蜥身上发现单向呼吸可能意味着，这种特性是在鸟类、鳄鱼和蜥蜴的共同祖先（一种生活在大约 2.7 亿年前，类似鬣蜥的动物）中进化出来的，或者该特征在每个进化分支中独立进化，沙赫纳说。为了确定哪种情况是正确的，沙赫纳的团队计划研究更多爬行动物的呼吸模式，例如鬣蜥、壁虎和胡须蜥。
她的团队的研究还引发了关于单向呼吸最初为何发展起来的问题。法默假设，单向呼吸有助于动物在屏住呼吸时获取氧气，因为单向呼吸允许从空气中提取更多的氧气——许多蜥蜴在受到惊吓时会这样做。鳄鱼可以屏住呼吸长达 20 分钟以上，古代海洋爬行动物可能发现这种特性对于长时间潜水很有用，沙赫纳说。她说，这种特性也可能是对地球上较低氧气水平的一种适应。在 2.5 亿年前的早期三叠纪时期，氧气占空气的 12%，而今天为 21%。
“这或许可以解释巨蜥为何如此成功，”韦德尔说。这些蜥蜴从空气中获得的氧气比任何其他爬行动物都多，它们生活在从干旱沙漠到热带森林的各种环境中。“谁知道下一次小行星撞击地球时会发生什么，也许巨蜥会继承地球，”韦德尔说。
沙赫纳认为，没有人发现蜥蜴的单向呼吸，是因为这种特性很难测量，尤其是在野生动物中。韦德尔希望沙赫纳团队的发现能够激励其他人摒弃传统观念。“现在，每个明天醒来并阅读这篇论文的人都会带着一丝好奇和不信任的眼光看待熟悉的生物。”
图片来源：Schachner, E. R. 等，《自然》