为什么没有动物比蓝鲸的体型大？自然界限制生物体长的因素到底是什么？

大家好，我是科学羊🐑！

今天我们探讨一个颇有意思的生物工程问题，我们将以一种工程学的视角重新审视我们的生活和自然界中的一些现象。

大家都知道，工程师通常专注于解决迫在眉睫的问题，遵循着“如非必要，勿增实体”的原则。

这种方法论，虽然看似简单，但在自然界和生物进化中却有着深刻的意义。

好，让我们以蓝鲸的体型为例。

蓝鲸是目前地球上已知最大的生物，但为何它们的体型不再继续增长呢？

大家先思考🤔下....

其实，关于蓝鲸体型这个问题的回答是，无论是从产热和散热的角度，还是生物学新陈代谢和心血管功能上看，蓝鲸的体型已经走到最大值了，再大就挂了。

这里的关键在于体温的发热与散热机制。

生物的体温维持是通过细胞的代谢活动产生热量，同时通过身体皮肤表面散热来调节。

随着体型的增大，体内发热量按立方比增长，而散热的表面积仅按平方比增加。

因此，对于蓝鲸这样的巨型生物，其体型增大到一定程度后，简单的生物学限制——如散热不足——便成为了制约因素。

所以，观察一种生物，其外形大致保持不变时，如果我们将其体长从1米增加到2米，按照同比例放大的原则，参与产生热量的细胞数量将大约是原来的8倍，这意味着其整体的发热量也将增加到原来的8倍。

然而，参与散热的皮肤表面积仅增加到原来的4倍。这种不成比例的增长导致发热和散热之间的不平衡，对生物的生存构成挑战。

进一步地，我们从更广的角度考虑，如何通过工程学的视角来理解生物体型的限制。

比如，陆地上的生物，尽管没有蓝鲸那样巨大，但它们的体型也受到物理法则的约束。

马门溪龙

例如马门溪龙，尽管它的长脖子和长尾巴使得它的总体长达到惊人的22米，但其实际质量和体积远小于蓝鲸，这是由于其细长的身体结构减少了体内需要散热的组织量。

据分析，马门溪龙活着的时候也是经常泡在水里浪。它泡在水里当然有利于散热，但更多的因素是它在干燥的陆地上活动会随时骨折。

由于肢体的承受能力与其截面积紧密相关，而截面积的增长与身体长度的平方成正比，另一方面，肢体所承受的力主要来自体重，而体重又与身体长度的立方增长成正比。

这种比例的不平衡导致了大型生物的肢体在自然状态下承受巨大的压力。

因此，像马门溪龙这样的巨型生物往往选择在水中生活，利用水的浮力来减轻其四肢和身体的负担。

水中的浮力能有效减少地面上重力的影响，使得这些庞大生物的运动和生存成为可能。

这样的自然适应策略让它们能够维持巨大的体型，同时减轻地面带来的压力和损伤。

而那些体型略小的大家伙，比如大象，犀牛，河马，虽然不一定非要泡在水里，但四条腿也几乎占据了肚子下面的大部分空间。

河马戏水

那么，蜘蛛🕷️或者蚂蚁🐜呢？

它们这些很小的动物，八脚伶仃地闪转腾挪，就是因为它的强度足够用了！

历史的长河中，我们不难发现，人类对于体型与生存能力关系的探索已经有很长的历史。

《Discourses and Mathematical Demonstrations Relating to Two New Sciences》

《两种新科学的对话》

早在1638年，伽利略在他的作品《两种新科学的对话》中便已经对建筑物的尺寸和承重能力进行了科学的讨论，这些理论同样适用于对生物体型的研究。

他讨论了一个建筑物，比如一个教堂，如果按比例增大尺寸会发生什么问题呢？

他指出，如果一个结构物体积无限增大，其内部的压力会按立方比增长，而支撑它的结构面积则仅按平方比增长，最终导致结构的崩溃。

此外，现代科学家通过对动物基础代谢的研究发现，动物体型的大小与其基础能量消耗之间存在着复杂的关系。

例如，美国科学家克里克特洛恩斯在2010年对447种动物的研究表明，体型的增大在一定程度上受到心血管系统效率的限制。

所以，类似科幻电影里的哥斯拉怪兽，进击的巨人，三十多米的大怪兽都是不可能存在的，因为在地球这种重力环境下，超过20米就足够自己压垮自己，不用别人出手。

也许第一次明白这个道理会觉得这个世界真没意思，奇人怪兽原来都是不可能的。

但那只是儿童的奇幻世界，当我们成熟后，心中的世界应该是牢固和稳定的。

最后，让我们思考一下这样一个问题：为什么较小的生物如老鼠，可以消耗等同于甚至超过它们体重的食物量，而体型较大的动物如牛、马则不行？

其实笔者查阅了相关资料从科学角度来看：

体型比较小的动物散热快(表面积/体积较大)，体积大的动物散热慢，以恒温动物而言，体积小散热快就需要代谢加快来维持体温，因此就需要大量的能量。

小鼠除了要维持身体基本代谢之外，应该还需要有能量来维持体温，而人类只要用基本代谢所产生的热量就够维持体温。

而且，消化能力有时候跟共生的细菌有关，例如牛羊可以消化植物纤维素，人类就不行。

好，如果你有不同的建议，评论区我们接招！

好，今天就先这样～

科学羊🐏  2024/04/18

祝幸福~

参考文献

[1].https://www.dedao.cn/course/article?id=RQLYWyjMZoa0J1l0GVp4wvzDbO26Bq

[2].卓克科学思维