霍比特人2:如何科學地解釋一條龍

2021-02-28 科學松鼠會

《霍比特人2》即將國內上映。毫無疑問,最搶眼的角色是小葉子,呃不,是巨龍斯矛戈。那麼,作為科學的魔戒迷,要做的當然是手賤看看如何科學地解釋一條龍……

是的,手賤,但並非全無理由的賤。用行話來說,魔戒是一個"低魔世界"。和龍與地下城以及絕大部分其他奇幻設定不同,中土大陸上魔法並不是日常生活的一部分,普通人並不能靠秘籍或者學院修煉成法師,絕大部分魔法要麼是來自神的使者,要麼是上古遺物。的確,中土的龍是"邪神"培育出來的改造物種,但也不像是純魔法生物,它們的很多特徵也許都是可以不用魔法解釋的呢。

所以,龍(Dragon)到底是什麼呢?

分類

外貌上,西方神話和奇幻體系裡的龍看起來很有爬行動物的特徵。它們卵生,體表沒有毛也沒有羽毛,卻有類似蛇或者鬣蜥的鱗片狀物,看起來就是個長翅膀的大肥蜥蜴。

但是我認為龍更可能是哺乳動物,或者至少是擁有較高代謝的非典型爬行動物(也許類似於某些獸腳類恐龍)。主要原因是,龍不可能是冷血動物——一方面許多龍都能噴出火焰,另一方面大量的龍選擇了寒冷的高山和極地作為巢穴。如果龍真的是冷血的,騎士只要選擇在冬天屠龍就可以了……

(有趣的是,在第一部霍比特人電影裡,龍有4條腿加上2隻翅膀。但是到了第二部,他們反悔了,改成了兩條腿,翅膀充當了前肢。)

體表鱗片等特徵並非嚴重問題。穿山甲就有角質鱗甲,雖有稀疏硬毛但並不顯眼。皮膜狀翼也非爬行類獨有,我們有蝙蝠嘛。至於卵生——鴨嘴獸也是卵生的,最不濟也是個返祖。

而且卵生還有更高大上的解釋——兼顧運動能力和食物來源。絕大部分龍具有飛行能力。但飛行是耗能極高的運動方式,需要儘量減輕重量。鳥類為了減重連骨骼都是中空的。帶著胎兒上天顯然不太划算,可能避免的話肯定是好事。另一方面,胎盤對於物質交換是屏障,脂類物質難以通過,可是脂類卻是主要的能量儲備。一隻進食穩定的母親可以提供源源不斷的糖類給胎兒,但如果環境中有季節性食物稀缺(比如冬眠),母親的能量儲備就難以直接供給胎兒,這時不如提前產下然後用乳汁餵養。現實中這樣的事情已經發生在熊科身上了。熊科的幼崽都小得可憐,這和熊科要冬眠是分不開的。那麼對於龍來說,重新使用卵生機制也不是什麼不可能的事情。

此外,斯矛戈還有一個值得注意的特點是極其豐富的表情。爬行動物是沒有這麼發達的表情肌肉的,事實上中土大陸上恐怕也就人類能達到這種程度,所以它大概是混入了人類的相關血統。副作用是,它好像也隨之繼承了某人的長臉和長脖子……

非著名分類學家涅克羅曼諾夫大人曾將奇幻文化中的原龍鑑定為"哺乳綱鱗甲目龍科原龍屬原噴火龍種" 。不過這並不適用於魔戒中的龍,因為根據設定,龍不是自然演化出來的,也不是憑空創造出來的,而是魔苟斯大人(遺傳工程?)改造出來的,或許是融合了蝙蝠、穿山甲和鴨嘴獸等生物的特徵。(魔苟斯自己沒有創造全新生命的能力,中土所有邪惡物種都是他改造原有物種而得到的。)對於改造物種的分類方式,學界還沒有達成一致意見,在此我姑且提議,將它劃入改生綱中立邪惡目魔苟斯科龍屬烏魯洛克種有翼亞種,擬定學名Dracus urulóki。

火焰

從口中噴火,這是龍最驚人的特徵之一——但其實,它沒有看起來那麼神。

在探索頻道紀錄片《未來狂想曲》裡,設想了一種能夠噴射腐蝕液體的"悍婦鳥"。這種鳥是有現實依據的——以非洲氣步甲Stenaptinus insignis 為代表的眾多炮兵甲蟲就能噴火——好吧並不是赤紅的火焰,只是高溫氣液混合物而已。非洲氣步甲會在體內分別合成對苯二酚和過氧化氫,分別儲存在體內的兩個"燃料艙",使用時把二者注入專門的燃燒艙中,再加水和酶。這個反應放出的熱量足以把溶液煮沸,產生的大量氣體將滾燙的混合物噴射出去——裡面還含有劇毒的反應產物苯醌。全過程只需幾分之一秒,噴口還能自由調節方向。既然連小小甲蟲都能有這麼複雜的機制,那麼對於巨龍來說,合成一些可燃氣體,噴射出去的時候再摩擦點個火,不算什麼難事兒吧?

古生物學家亨利·吉推薦的可燃氣體是乙醚。實驗室裡獲得乙醚很簡單,向乙醇中加硫酸促使其脫水即可(有危險,非專業人士或非龍者請勿自行模仿)。而且乙醚極易燃燒,甚至火星都可能點燃。這種東西作為火焰來源,相當不錯。

但要怎麼合成?很多微生物(比如酵母菌)的代謝產物就是乙醇,而一些硫桿菌可以分泌硫酸(因此它們是鋼鐵鏽蝕的元兇之一)。假如能培養起一個菌落體系,讓前者的乙醇經歷後者的脫水作用,就可能合成乙醚——或者乾脆改造龍本身的代謝,讓龍自己完成全過程。最後乙醚蓄積起來,需要時噴出體外,同時用牙齒撞擊打出火花,就完成了噴火過程。

美妙的是,乙醚比水輕、和水也不能互溶,所以如果一次噴出大量乙醚,燃起的熊熊大火對普通中土居民來說一時間還無法撲滅。這樣的"三昧真火",成就斯矛戈的威名可謂輕而易舉。

飛行

和神話般的噴火相比,看似司空見慣的飛行,實現起來反倒困難得多。原因很簡單,斯矛戈太肥了……

有多肥?原著裡沒有說,電影裡也沒直接說,但給出了斯矛戈腦袋覆滿金幣的形象,也給出了 比爾博趴在金幣堆上的形象。利用金幣大小為中介,我們可以比較一下。

【把斯矛戈的鏡頭和比爾博的鏡頭以金幣大小作參照拼起來,就能看出巨龍多大了。】

負責霍比特人電影特效的威塔工作室給出的官方設定是,比爾博身高1.27米(比一般的霍比特人高,託老爺子曾說標準身高是0.9-1.1米)。根據著名魔戒網站TheOneRing.net網友Demosthenes的計算,比爾博高31金幣,而光是斯矛戈的眼睛就長達18.1金幣(74釐米)!相比之下,你的眼睛只有半個金幣多點兒,就連藍鯨眼睛也不過4金幣而已。(順便一說,根據一項研究,眼睛的大小和動物奔跑的速度正相關,所以高速飛行的斯矛戈有雙水汪汪的大眼睛倒也合理。)

用同樣的辦法得出,斯矛戈的鼻孔高94釐米,頭更是長達6.7米。進一步外推得到斯矛戈體長可能在60米左右,翼展更是可能長達100米。(作為佐證,紐西蘭航空的波音777飛機上印的那隻斯矛戈,全長54米。)

好了,地球上還從來沒有過這麼大的動物。就連古往今來第一大的藍鯨,體長也不過30米。體重和體長成三次方正比,翅膀升力卻只大概成二次方,所以斯矛戈的翅膀必須又超長又超寬,扇起來特別費力,展弦比還低……

另一方面,鳥類能飛不光是靠扇翅膀,還靠減重。不光鳥骨是中空的,鳥體內還充滿了氣囊。對於斯矛戈來說,這些氣囊會更加重要。事實上它甚至可以往裡專門裝一些更輕的氣體,比如甲烷(屁的成分之一)……所以更現實的方案是,斯矛戈不是飛機,而是飛艇,裡面大部分是空的,只需不多的翅膀動力就能讓它自由飛行。(這也解釋了它的骨頭要如何支撐這麼大的重力。)

【所以圓滾滾的龍才是進化的方向嗎……(圖:Deviantart網友Ensiryu)】

小結

綜上,斯矛戈是一隻卵生有鱗飛行哺乳類,體內有生成乙醚的完整代謝途徑,平均密度很低、有大量的氣囊。聽起來很奇怪嗎?總不會比那個擁有鳥的生殖方式、爬行動物的步態、哺乳動物的生理、鼴鼠的毛皮、河狸的尾巴、海獺的腳、蛇的化學武器還有鴨子的嘴的東西更奇怪吧。

但是有一件事情,科學似乎無能為力。龍是高智商的生物,很多龍都會說人話,可是你要怎麼解釋,為什麼斯矛戈作為一頭中土第三紀的巨龍,聲音聽起來卻和卷福,呃,我是說本尼迪克特·康伯巴奇的性感男中音一模一樣呢?這一定是魔法。必須的。

(圖:Deviantart網友Irise)

擴展閱讀

Henry Gee, The Science of Middle Earth, Souvenir Press Ltd, 2005

關於

本文首發於果殼網(guokr.com)「自然控」主題站《霍比特人2:如何科學地解釋一條龍》

今日值班編輯:鄭然

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