從太空中看，地球就如同一顆淡藍色的珠子——這一形象是美國航空航天局（NASA）太空計劃做出的最重要的貢獻之一（指NASA拍攝了第一張地球太空照片）。儘管這顆行星上原子數量非常龐大，但終究還是有限的。如果看一看雲層掠過地球表面的衛星視頻，你會發現，那些拽著雲層劃過弧形地平線的風，或許片刻就會出現在相反方向的地平線上：這很形象地印證了那句老話「What goes around comes around」的字面意思（這句英文諺語的含義為：種什麼因，得什麼果）。
當從很遠的距離觀察時，天空就好像是一層極薄的薄膜，其中的大多數分子都被擠在僅有10英里（16千米）厚的薄層中，而地球的直徑卻有將近8000英里（1.27萬千米）。在海拔零點處1立方碼（0.76立方米）的空間裡，含有數以兆億計的原子，但僅僅在一層霧狀的「皮膚」以外，便是太陽系中的相對真空，在這裡如果你要嘗試呼吸的話——當然不會成功——你的肺每次只能吸入可憐的幾粒原子。當你將來再看到從太空拍攝的地球照片時，最好試著說服自己，那些無處不在且不斷噴出污染物的煙囪，並不會將有害物散播到空氣中，而這寶貴的空氣正供養著你和你的愛人。
基林和他的同事史蒂芬·謝茨（Stephen Shertz）揭示，植物和各類浮游生物產生的氧氣，會在兩個月內遍佈半個地球，而遍佈整個地球也只需一年多一點的時間。大氣中氧氣與二氧化碳的平衡與生物活動之間的敏感性表明，這種循環並非只是短暫趨勢，而是這個星球上所有生物在原子層面上一直都在踐行的傳統。
我第一次被這種思路打動時，還是在20世紀60年代初，當時我本該做家庭作業，實際上卻是在看一本漫畫。我已經記不起那個故事的標題和主要內容了，但其中一幅圖卻一直縈繞在腦海中。圖中有一位滿頭華髮的發明家，屈身坐在工作台旁，文字旁白的大致意思是：「你現在呼吸的一部分空氣分子，也是列奧納多·達·芬奇曾呼吸過的。」
當時我還是個孩子，很難完全理解那篇故事的立意，甚至不知道為什麼列奧納多會是主角。難道是因為他比我們大多數人呼吸更多空氣嗎？不過很多年以後，當我知道列奧納多是眾多歷史人物（包括尤里烏斯·愷撒、耶穌、莎士比亞和希特勒）中唯一一個經常闡述呼吸循環的人時，我才感受到了這個觀點的迷人之處。從網絡上對這個話題的點擊數來看，很多人也跟我有一樣的感受。
你必須謹慎挑選一些事實和數據才能得出一個結果，然而多數數據來源報告都顯示，你每一次的呼吸中，有1到15個原子是提出問題的那個人（達·芬奇）曾經呼吸過的。為了繼續這個研究，首先一個必要的數據就是大氣的總質量，也就是由凱文·特倫伯斯（Kevin Trenberth）和萊斯利·史密斯（Lesley Smith）在2005年估算的5000萬億噸，他們兩位都在位於科羅拉多州波德（Boulder）的國家大氣研究中心工作。這也就意味著一共有大約1044（這個數字大到難以想像）個原子存在於空氣中，其中1/5是氧原子。
如果再考慮與海洋之間的氣體交換、肺部的平均體積以及人類的平均呼吸頻率等，你每次的呼吸也就很可能接近1到15個「列奧納多原子」這一範圍，從而得出同樣的基本結論：同一個世界，同一個大氣。不過要想讓你的計算結果更加精確，你還需要挑選更合適的氣體才行。
舉例來說，1到15的估算結果並不適用於氧氣，因為這種氣體不夠穩定，不會在空氣中存在這麼久。細胞、森林大火、閃電以及太空輻射遲早都會將其撕碎，並轉化為水或其他化合物。在一部擁擠的電梯裡，你不得不和你的同伴共享一部分氧氣分子，你的肺不會將吸入的氧氣用盡，剩餘的那部分會在人與人之間繼續傳遞。但是放大到行星尺度，你和列奧納多或更久遠的歷史人物共享氧氣分子的概率接近於零。你所呼吸的大多數氧氣都還不會如此長壽。而儘管氮氣更為充足，也更為穩定，不過也會通過食物鏈完成循環，然後再回到大氣中。
更有助於用來解釋空氣循環的氣體應該是不會被生物體產生或消耗的。美國天文學家哈羅·沙普利（Harlow Shapley）採用氬氣作為計算對象，這也是被廣為採用的選擇。
氬氣在大氣中廣泛存在，儘管它只在總量中佔了不到1％。比例小其實也不壞，呼吸高濃度的氬氣可不是什麼好主意。氬氣比大多數氣體密度更大，所以一旦吸入，再將其從肺部呼出也會更困難些。工業事故中氬氣導致的窒息比有毒氣體如氯氣造成的死亡還要常見。不過1％的比例不值得過於擔憂，而對於沙普利的思維實驗來說，這一點卻使氬氣成為便捷的示蹤氣體，從而得出高度精確的估算結果，也就是每一次呼吸中，大約有15個氬原子是曾經被某人如列奧納多呼吸過的。
在他1967年發表的《呼吸過去與未來》（Breathing the Future and the Past）一文中，生動描述了每次呼吸中的氬原子，我忍不住要在此處引用：
我們不妨叫它「X呼吸」。它迅速蔓延。其中的氬氣，清晨時分剛剛呼出，黃昏時分卻已飄散到四鄰。一周過去，它已經遍佈整個國家；一個月過去，它已佔領風可到達的所有角落。到年底時……（它）將會在這個星球上所有自由的空氣中均勻分佈。而此刻，你也將會再次呼吸到同一個原子……
重新呼吸到那些曾被呼吸過的氬原子，無論來自於你自己還是其他人，都有著別緻的暗示作用。這些氬原子，用一種空氣式的結合，將我們的過去和未來緊緊相連……這是一個氣體銀行，你向其貢獻了很多氬原子，我們也都會從中再提取，地球上每一個嬰兒出生後的第一次呼吸中，都包含著你一年前曾經呼吸過的氬原子。而這也是一個殘酷的事實，因為你也向每個垂死之人的最後一次呼吸貢獻了部分氬原子。
早些年間的每一位聖人和每一位罪人，每一位普通人和每一頭野獸，都將氬原子投入到這所公用的氣體銀行中……這裡的氬原子來自於最後一次晚餐的談話，來自於雅爾塔會議的辯論，也來自於那些經典詩人的朗誦……我們接下來的呼吸，也許就來自於歷史上甚至史前的鼻息、歎息、咆哮、尖叫、歡呼，或是禱告。
沙普利不是詩人，也不是神秘論者，他的學院精神是無可挑剔的。他在普林斯頓大學修讀天文學，並協助建立了國家科學基金，擔任過哈佛天文台的負責人，計算出了銀河系的尺度。不過我並未因為他散文雄辯的表達感到驚訝，也未曾因為其中散發出的哲理和靈性感到一絲震驚。強烈的情緒暗流往往會在科學揭示的事實和數據之中悄然流露，同樣如果科學發現真正偉大時，它們也會釋放深刻的見解和情感。
即使亨利·福特這樣的聰明人也沒有意識到，他其實沒有必要用試管去俘獲愛迪生最後一次氣息的原子。你可以在任何時候收集樣品——順便也可以收集愷撒、耶穌、莎士比亞、希特勒和列奧納多最後一次呼吸的樣品——甚至其中也有少部分是你出生時第一次啼哭時呼出的空氣。
在這充滿原子的藍色星球上，呼吸這事做起來實在太簡單了。方便的話，先吸一口氣吧。