世界上會出現比藍鯨體型更大的動物嗎,需要哪些條件?
大家好我是你們的老朋友海海,為了展現科技的魅力,以後的每一天我都將為大家放送最幹的貨,希望你們會喜歡。今天我會講一個科學思維中有用的思考習慣,那就是用工程師的眼光解決關鍵的問題,而不能先糾纏在細枝末節上。地球上為什麼不會出現比藍鯨體型更大的動物,這個問題一看就是和生物或者和進化有關,那這兩者有什麼關係嗎?有的,那就是找最關鍵的問題,這個問題如果不解決,其他都不用聊,這個問題如果解決了,才能輪到其他優化的部分。藍鯨體型這個問題的回答就是,不論是從發熱散熱的角度,還是從新陳代謝心血管功能的角度看,藍鯨這個體型已經走到了極限,再大就會死。
具體是我們來細說一下,首先從發熱角度來看,身體總的發熱量和身體有多少細胞和每個細胞能產生多少熱有關係。那身體有發熱也有散熱,也就是通過體表來散熱,發熱是所有細胞都貢獻的,不管是在內部還是在外部,可是在散熱問題上,大概是只有皮膚附近的一層細胞是參與散熱的。所以當一種生物它大致外觀沒有劇變的情況下,還維持從前的外形比例,要把它同比例放大,這裡面參與發熱的細胞的數量大約就是從前的八倍。
所以發熱的總量的也是從前的八倍,可是參與散熱的只是皮膚表面的一些細胞,他只增加到了從前的四倍,這是問題嗎?他可能是啊,可能也不是,這就要具體看是從什麼尺寸開始變化。例如從一個小老鼠長成一隻大老鼠,要是這樣變化一般問題不大,因為它自身的體溫調節就能處理這個過渡。要是再大一些,比如說從一隻狗變成一匹馬那麼大,除了體溫調節需要參與的,還需要把身上的毛髮給去掉,要不然就熱死了。所以我們很少能夠見到像大牛大馬這種尺寸,渾身還覆蓋著毛。
藍鯨30多米長,170噸重,那他其實就面臨非常嚴峻的散熱問題,多餘的熱量必須散出去,否則器官就衰竭了。那散熱通過什麼呢?海水就是非常好的東西,這是天然的水冷裝置,如果憑空按比例,把藍鯨放大到60多米長,那體重就是1000多噸,那估計就算是海水幫助散熱,也是不夠的。其實在散熱出現問題之前,其他因素也會導致藍鯨死亡。陸地上的沒能出現這麼龐然大物,陸地上最大的是馬門溪龍,從頭到尾是20多米長,但這個是把長脖子和長尾巴也算進去了,如果馬門溪龍體型也像藍鯨這樣,我相信馬門溪龍在陸地上散熱也是成問題的。
所以你看,這個龍的體長22米,跟藍鯨差不多,但是他體重只有20多噸,與藍鯨的170噸差遠了,為什麼呢?就是因為馬門溪龍細長的脖子和細長的尾巴也算進去了。據說馬門溪龍活著的時候也是經常泡在水裡了的,他泡在水裡頭當然是有利於散熱,但是更多的因素,就是在於它在乾燥的陸地上活動的時候,它隨時會骨折,為什麼呢?因為肢體能夠承受多大的壓力?多大的扭力和它肢體的截面積是高度相關的,這個截面積就相當於是身體長度二次方的增長規律。
可是肢體受力可以簡單的看成是它的體重,體重就是細胞的多少,而細胞的多少是按身體長度的三次方增長的,所以像馬門溪龍還有類似的大傢伙,他們都泡在水裡頭,利用水帶來的浮力來減輕腿部的壓力。其實仔細的從平方增長和立方增長對散熱對承重上的影響,這方面考慮的人很早就出現了,最早的人是伽利略。是在1638年,距他去世還有三年多的時間,他發表了最後一本著作,叫做《兩種新科學的對話》,這本書是對他過去幾十年研究的一個綜述,他在這本書就討論一個問題,一個建築物如果按比例增大尺寸,會發生什麼問題呢?
他最後就提出因為承重能力是按平方規律增加的,可是壓力按立方規律增加的。所以建築物無限的擴大後果就是造成房倒屋塌。伽利略的那個時候已經是一個74歲的老人了,他那是從69歲的時候開始被宗教裁判所判處終身監禁,不過因為他本來就是一個挺高社會地位的人,也悔過了,歲數也大了,最終的監禁是在席葉娜大主教家裡做的,當時規定不能隨便的會客,每天寫的東西必須上交審核。
被軟禁的時間裡,他還每天寫寫算算,只不過不再敢碰觸到,到底是太陽繞著地球轉還是地球繞著太陽轉這個問題研究了,轉而研究一些和聖經內容不太牴觸的問題,比如說一個教堂能不能按照比例無限的擴建呢?其實像平方立方按比例擴建這個問題前人也遇到過,不過從一千多年前,亞里斯多德就把解決這類問題定了一個大基調,它是屬於是工匠手藝人們的經驗積累下的產物,頂多就是一種技巧,不是什麼重大的問題,直到伽利略這才把它當成一個科學問題定量的仔細分析。在伽利略之後也有人從平方立方規律探討了建築物的尺寸,甚至也分析出動物體格的規律。
比如說在2010年的時候,美國科學家克裡克總結了447種動物,把他們分成了五個等級的尺寸,然後對動物的基礎代謝最低的能耗做了一個更詳細的分析,而且結合心血管的輸血特性,對生物體型做了進一步的統計。在這個研究中也可以看出,生物體能量的耗費和它的體長乘三次方的比例。所以世界上不會出現比藍鯨體型更大的動物了,因為不論是從發熱散熱角度來講,還是從新陳代謝,血管功能上看,藍鯨的體型已經走到了極限,再大都無法活在現在的世界上。那麼我們今天的文章到這裡就結束了,如果你喜歡小編的文章,那就點讚關注天空吧。以後的文章我們還會為大家持續帶來一些乾貨,記得關注天空哦!
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