为什么鸟类可以飞越珠穆朗玛峰

我要模仿鲁迪亚德·吉卜林，给你们讲一个一般的故事。100年前，吉卜林是世界上最受欢迎的作家之一。他写了“丛林书”。还有他给女儿约瑟芬讲的睡前故事。它们是关于动物是如何获得它们著名的特征的，比如骆驼的驼峰和豹子的斑点。吉卜林是一位很棒的作家，但他编造了他的动物故事。我的故事是以科学为基础的，这意味着许多人，通过最近的许多实验，得出结论，事情可能“就是这样”这个故事的方式。

这也是一个关于进化的故事，这是自然界的研发部门。像吉卜林一样，我对某些事情给予了人类的声音：细菌成立委员会，向研发部门请愿，要求解决它们的问题，植物和恐龙也是如此。而研发部门(也就是进化)试图拿出解决方案。我要把进化论称为“研发先生”。当他发现问题时，研发人员会用不同的方式进行测试，以提出解决方案。但有时这些解决方案会产生不可预见的后果。所以我们开始吧！

曾几何时，在一月的一个寒冷的日子里，我慢跑穿过伦敦的摄政公园，小心翼翼地穿过成群的鹅、海鸥、鸽子和鸭子，绕着船湖。但是，也许是因为我刚刚读的那本书(尼克·莱恩的“氧气”)，我的眼睛在这群鹅群中挑出了几只陌生的鹅：斑头雁，一男一女。

但是一月份他们在伦敦做什么呢？冬天，他们通常住在印度中部，夏天他们住在哈萨克斯坦或蒙古。如果你看一张地球地图，你可以看到哈萨克斯坦和印度之间的屏障是喜马拉雅山脉，世界上最高的山脉。每年，数百万只斑头雁迁徙过喜马拉雅山脉，并且已经这样做了数百万年。他们被看到在28000英尺的高空飞行。他们已经飞越珠穆朗玛峰了！他们是怎么做到的？

答案似乎是，斑头雁和所有鸟类一样--蜂鸟、鸵鸟、鸽子--拥有超高效率的肺。它使我们的肺--和所有哺乳动物的肺--看起来都很原始。我敢肯定，当鸟儿们聚在一起的时候，他们会八卦我们的肺是多么可悲！

所有哺乳动物，包括我们在内，都是通过我们呼气的同一个开口吸气。你能想象如果我们的消化系统也是这样工作的吗？如果我们放进嘴里的食物，经过消化后，出来的方式是一样的，那会怎么样呢？想都不敢想！幸运的是，为了消化，我们有一个单独的入口和出口。这就是鸟儿肺的特点：入点和出点。它们的骨骼上也有气囊和空隙。当他们吸气时，一半的好空气(带氧气)进入这些中空空间，另一半通过后门进入他们的肺部。当他们呼气时，储存在空心地方的好空气现在也通过后门进入他们的肺部，而坏空气(二氧化碳和水蒸气)则从前面的出口被推出。所以鸟儿是吸气还是呼气都无关紧要：好空气总是通过它们的肺部朝一个方向送去，把所有的坏空气赶在前面。

鸟类怎么会有这么大的肺呢？他们是从恐龙那里继承下来的。鸟是恐龙！当我在20世纪40年代长大的时候，生物学中有一个类别叫鸟类，意思是鸟。但是科学家们现在已经将鸟类归入了恐龙类，而那些恐龙，比如鸽子、海鸥和鹅，今天正在我们周围飞来飞去。如果你想知道恐龙的味道，那就吃点鸡肉吧！

因此，恐龙拥有这种超级高效的肺脏系统，它们作为优势物种成功地跨越了地球，从大约2.5亿年前到大约6500万年前，当时一颗巨大的小行星撞上了墨西哥，它们中的大多数都灭绝了。除了鸟儿。但是为什么恐龙一开始就有这个超级肺脏系统呢？

要回答这个问题，我们必须追溯到大约4.5亿年前植物从海洋中出现到陆地上的时候。在此之前，植物只生活在海洋中：地球表面是一片沙漠。

看到机会，一些先锋植物聚在一起说：“我们走吧！”并迁徙到陆地上。但一旦这些植物浮出水面，它们就发现了一种它们在海洋中从未遇到过的东西：重力。在海洋中，如果你是一种植物，你可以漂浮，因为植物的密度与水的密度没有太大不同。在海洋之外，植物的密度比空气大得多，所以重力可以把它拉下来。

因此，几千万年来，陆地上的植物必须乐于像苔藓一样粘在岩石表面。但他们显然对此感到不满，并决定成立一个委员会，要求免除R&A；D先生的责任。

PC：我们的问题是重力。我们从来不需要在海洋中处理它，这对我们陆地上的人来说是一个问题。

PC：我们想要做我们在海洋中做过的事情，那就是吸收大量的阳光，最好的方法是有一个很长的茎，然后在树枝的末端有带叶子的树枝，最大限度地发挥我们吸收阳光的潜力。

研发先生：我知道你想要什么，但这需要一些时间。大约一百万年后再回来。

研发先生：是的，让我想想，我想我把它放在抽屉里了。这就是：木质素。

研发先生：这是一种由碳和氢组成的刚性分子。如果你将它吸收到你身体的细胞中，它会与你已经拥有的软质纤维素分子相互作用，这将创造一个非常坚固的结构，让你的细胞变得像砖一样。然后，您可以将一个单元格堆叠在另一个单元格上，您可以想要多高就多高。

因此，植物很高兴地吞下了木质素，果然，它的效果完全如研发先生所说，不久之后，茎、树干、树枝、树根和树叶开始在地球上遍地开花。

唯一的问题是，当其中一棵树的自然寿命结束时，细菌和真菌孢子准备分解它，磨刀。但是当他们到达木质素时，他们的刀子卡住了：他们无法消化木质素。正是这种让木质素变得强壮的东西在当时打败了细菌和真菌。所以，他们做了我们吃鸡肉晚餐时做的事情：他们吃光了所有的肉，留下了骨头，也就是说：木质素。

最终，另一棵树会死掉，倒在第一棵树的顶上，然后同样的事情会再次发生，一棵又一棵，它像这样持续了数十万年，数百万年，数千万年。最后，超过1亿年的枯死树木和蕨类植物以及未消化的木质素被沉积在地球表面之下。我们把这大部分发生的时间称为石炭纪(造碳)时代。

还记得进化有时会带来不可预见的后果吗？嗯，这种木质素的沉淀在大气中产生了氧气激增。因为对于每一个进入地球的碳氢原子，一个氧原子在衰变过程中并没有用完。大量的碳(木质素)进入地球，因此大气中积累了大量的氧气。今天，氧气占大气的21%。但大约3亿年前，氧气含量远远超过30%。那里的氧气如此之多，以至于呼吸方式非常低效的昆虫能够长得很大。蜻蜓有3英尺的翼展，千足虫有8英尺长。两栖动物--青蛙等--的肺功能也很差，它们能够长到餐桌那么大。

当时的微生物最终意识到了氧气的激增。昆虫和两栖动物似乎并不在意，因为它们依赖于丰富的氧气来源。因此，现在忧心忡忡的微生物们召集了他们的委员会(MC)，去见R&A；D先生。

MC：我们认为有一种危险的情况正在发展，因为氧气水平每年都在上升，现在可能达到35%。

MC：对于难消化的木质素，没有什么可以阻止它继续上涨。

研发先生：我明白你的意思，因为43%的雷击会导致整个大气着火，因为它含有如此高的可燃氧气。地球上的整个生命实验就会结束。是的，我同意我们必须做点什么。给我一百万年，我看看我能做些什么。

一百万年来，氧气水平持续上升。更令人担忧的微生物又回到了R&A；D先生那里。

研发先生：坏消息是我没有任何实物可以给你。但我可以给你一个机会。

研发先生：在你的情况下，你可以想到一种对你有帮助的东西。这就是：“要想得到，你必须先给予。”

研发先生：我能告诉你的是：想一想，它会解决你的问题的。

所以微生物离开了，关于这意味着什么争论了一万年左右。最后，有一个天才真菌细胞在半夜醒来后想，“我拿到了！”在这1亿年里，自从木质素发明以来，他们一直在试图咀嚼它，但他们根本没有能力这样做：它太硬了，他们太软了。

但是多亏了这个蘑菇孢子的艾萨克·牛顿，他们意识到他们必须做什么。他们必须释放一种特殊的化学酶来溶解木质素，并在外部将其分解成更小的碎片。所以他们发明了干腐病。

衰变过程将氧气从大气中吸走，并将其与碳氢化合物结合，结果释放出二氧化碳(CO2)和水(H2O)。这就是木头燃烧(非常迅速的氧化)、我们消化食物(中度氧化)和有机材料腐烂(缓慢氧化)时发生的情况。

一旦了解了如何氧化木质素的秘密，真菌孢子和细菌就开始分解所有尚未石化的枯木，在这个过程中耗尽了氧气，因此大气中的氧气水平开始迅速下降。从石炭纪(3亿年前)超过30%的高位，到二叠纪末期(2.5亿年前)约12%。对于地球上的大多数生命来说，这是个坏消息，因为它们已经沉迷于这种异常高的氧气水平。地球上95%的生命都死了--是被氧气含量如此之低的大气扼杀的。这是地球生命史上最大规模的物种灭绝事件。

在成功存活的5%的生命形式中，有一些流向了研发人员，并用他们剩下的气息说，“我们需要帮助才能靠这么少量的氧气生存。”

500万年后，也就是设计这件非常复杂的东西所花的时间，R&A；D先生发明了一种既有入口点又有出口点的肺部系统，有中空的骨头和气囊来暂时储存氧气。与以前的任何肺部系统相比，它是超级高效的，并最大限度地利用了有限的氧气。从研发人员那里得到这份礼物的动物是恐龙。

他们的新肺是如此高效，以至于当氧气水平在接下来的数千万年里缓慢回升到20%时，恐龙能够变得非常大-比大象等陆地哺乳动物曾经获得的，或者曾经能够获得的都要大。许多恐龙的超高效肺可以将氧气输送到它们巨大的身体的每一个部位。而拥有中空的骨骼有助于减轻它们的整体重量。当鸟类从恐龙进化而来时，它们能够很好地利用这种超高效的肺脏系统。这就是为什么恐龙变得这么大，斑头雁可以飞越喜马拉雅山的原因！

或者这应该是结束了。但是我们还有一个角色要介绍，那就是VCP先生(非常聪明的灵长类动物)。大约400年前，VCP先生发现他可以挖到地球表面以下，提取这种已经变成煤的木质素化石，然后燃烧它，释放出第一次沉积时被困住的能量。这使得VCP先生的文明和人口以惊人的速度增长。曾几何时，这是一个令人愉快的成功故事。现在，它已经开始成为一个大问题。

我们今天燃烧的所有化石燃料--煤、石油、天然气--有百分之九十是在泥盆纪、石炭纪和二叠纪期间沉积的。所有的碳氢化合物现在都被释放到大气中。

性美的进化在每个物种中都是一个正在进行的实验，包括我们自己。求爱特征的变异会出现，并由选择者来评判，他们很快就会将其中的大多数扔进历史的垃圾箱。但是新的尝试.。多读。

因此，VCP先生的整个文明都是建立在燃烧化石燃料的基础上的，这是木质素结构奇特的结果，也是很久以前的微生物--细菌和真菌--无法分解木质素的结果。这是一个“全球消化不良”的案例。这就引出了我们的大问题。通过燃烧所有这些化石燃料，VCP先生向大气中释放二氧化碳的速度比最初沉淀的速度快了50万倍。这正导致地球大气层迅速升温，除非他的文明找到解决方案，否则很快就会对VCP先生造成损害，甚至可能是致命的。

我想你知道VCP先生就是我们。也许如果我们没有开始燃烧化石燃料，文明就会沿着400年前莎士比亚时代的道路继续下去。那时候，全世界都在使用太阳能--只是短期储存的太阳能：我们种植的用来做面包的谷物，或者马吃的干草，用来给我们提供真正的马力。有时能量根本没有储存-我们只是享受太阳的炎热来晒干我们的蔬菜和肉类来储存；或者享受风来吹动纵横交错在世界海洋上的轮船的风帆；或者享受雨水落下的水来转动水车来研磨我们的谷物。太阳能储存时间最长的是木头(木质素！)。在我们砍倒的树上烧燃料，或者为铁匠锻造钢铁制造木炭。那些树可能最多有150或200年的树龄。

对于这个问题，我们现在能做些什么呢？首先，我们所有人都需要认识到这确实是一个问题，并希望说服身居要职的人做点什么。困难的是，大多数老年人从小就认为石油、煤炭和天然气都很棒，很难教老狗新把戏。你还年轻，你能比年长的人看得更清楚。

现在有很多很好的替代燃烧化石碳氢化合物的方法。风车。太阳能电池板。潮汐能。甚至是一些安全的核能，比如钍反应堆。科学家们还在致力于发明，可以将大气中多余的二氧化碳直接转化为石灰石(用来建造东西：埃及金字塔是由石灰石建造的)，甚至可以将其转化为燃料。但这些发明需要迅速扩大规模。它们有点像20世纪20年代的火箭。但是在40年的时间里，人类已经乘坐火箭登上了月球！

地球计划在大约500年后回到另一个冰河时代-波士顿、芝加哥、巴黎和许多其他地方的冰层厚度为2英里。但现在不会这样了。大气中的二氧化碳已经太厚了。我们需要像对待我们的身体一样对待地球。我们把体温控制在98.6度。如果我们感觉冷，我们会燃烧更多的“燃料”(食物)，这样我们就会暖和起来。如果我们太热了，我们就会出汗，这会让我们凉快下来。如果我们聪明，有条理，我们甚至可以把地球变成一个温度调节的星球。如果我们合作，我们可以在未来很长很长一段时间内保持这种状态。要做到这一点，我们需要全世界达成一致，这就是我们要做的，然后我们才能做到。这是值得为之工作的！

沃尔特·默奇从事电影工作已有50多年，担任过剪辑师、音响师、编剧和导演。他为弗朗西斯·科波拉(“教父三部曲”、“对话”、“现在的启示录”)和安东尼·明格拉(“英国病人”、“天才的里普利先生”、“冷山”)剪辑并设计了许多电影。他对科学的兴趣可以从他编辑的马克·莱文森(Mark Levinson)关于寻找希格斯玻色子的电影《粒子热》(2013)中可见一斑。

“翡翠星球：植物如何改变地球的历史”，牛津大学出版社(2007)。

Krulwich，R.。“地球上大多数煤奇特的起源”，“国家地理”(2016)。

“凭空而来：恐龙、鸟类和地球的古代大气”，约瑟夫·亨利出版社，华盛顿特区(2006年)。

“生命的新历史：关于地球生命起源和进化的激进新发现”，布鲁姆斯伯里出版社，英国伦敦(2015)。