大小有別

陶雨晴

大象一定要有大象腿

面對大象和恐龍，我們總是會感慨人類多么渺小，但實際上，在動物世界里，我們人類是非常龐大的物種。與很多動物相比，我們像遺世獨立的巨人。獸類中最興旺的家族是鼠輩（嚙齒目），其次是蝙蝠，已知的物種中昆蟲的數量超過一半。

我們習慣了巨人的世界，對許多僅出現在巨人世界里的特殊問題也司空見慣，比如，人的腿為什么這么粗？

骨頭的強度取決于粗細，骨頭越粗壯自然也就越結實，而決定骨頭粗細的標準是橫截面積——把骨頭切開，所得到的橫截面的面積，這是一個二維的問題。而動物體重的增加，是一個三維的問題。如果真有身高是常人4倍的巨人，那么他的體重將是常人的64倍，骨頭的粗細卻僅僅是常人的16倍——他相當于站在火柴棍上。

結論是，動物若想長大，支撐體重的腿就必須加粗，否則就會被自重壓垮。昆蟲的腿可以像毛發一樣細，而龐然大物——不管是大象、犀牛還是恐龍，腿必然是又粗又壯，骨頭也更粗壯。即使大象的骨頭如此粗，它還是處在岌岌可危的狀態。大到這個程度，體重本身就成了一枚定時炸彈，它隨便絆一下、摔一下，都可能對自身造成嚴重的傷害。

濃縮的才是精華

體形小的生物，其速度和力量令人驚訝。螞蟻可以搬起相當于自身體重50倍重的東西。如果按相對身體的長度來算，奔跑速度最快的動物，是虎甲科的甲蟲。如果和人的體形一樣大，甲蟲的奔跑速度會超過300千米/時。

肌肉的強壯度和骨骼一樣，是由肌纖維的粗細決定的。如果體重變大，肌肉變粗壯的速度會跟不上體重變化的速度 ，看來巨人不僅脆弱，力氣也不大。

如果把人縮小到原來身高的1/4，情況就會完全不同。力氣減小的速度，比體重變化的速度要慢得多。縮小后他的體重僅剩原來的1/64，肌肉的粗細卻是原來的1/16，他的力氣也是原來的1/16。假設這個人體重是64千克，能搬動相當于其體重一半的東西，也就是32千克;現在他體重1千克，能搬動2千克——相當于體重兩倍重的東西。

螞蟻會讓人覺得力大無比，是因為它的相對力量。螞蟻舉起的東西的重量是自身體重的好幾倍。在力量方面，動物體形越小，力量越強大。已知所有動物中相對力量最大的是一種螨蟲，它能拖動相當于自身體重1180倍重的物體，而它的體長連1毫米都不到。

九命貓與不死鼠

俗話說，貓有9條命。根據獸醫診所記錄，貓從樓上摔下來的死亡率大概是10%。一般對此的解釋是，貓比人靈活，可以在空中轉成四腳著地的姿勢，還可以屈腿來減緩沖力。還有一個重要的因素是：它們的體形較小。

跳樓的貓除重力之外，還受到空氣的阻力——這個阻力的大小，取決于貓身體的表面能兜住多少空氣，就像降落傘的作用原理一樣。

于是我們又遇到了類似骨頭粗細的問題。身體表面是二維的，而體重是三維的，所以體重增長的速度，要快過身體表面擴大的速度。如果跳樓的不是一只貓，而是一條狗，因為狗的體重遠比貓大，能兜住空氣的表面卻不會比貓大太多，結果就會發生悲劇。一個合格的降落傘應該重量小而面積大，能兜住更多的空氣，在這方面，貓要比狗夠格，狗要比大象夠格，動物越小越有優勢。貓從高處墜落，最快的下落速度約為100千米/時，而人類的下落速度能達到210千米/時，毫無疑問，人會摔得更慘。

體重更輕的動物，墜落的速度自然更慢。生物學家約翰·伯頓·桑德森·霍爾丹曾經說過，如果你把一只小老鼠順著管道扔進1000米深的礦井，它最初會愣一愣，隨即若無其事地跑掉。對巨人來說，重力是恐懼和危險的源泉;但對昆蟲來說，重力什么都不是，因為它們微小的體重和足夠大的身體表面，所受的空氣阻力足以克服大多數重力。

“幸福”的小人國

科幻作家劉慈欣寫過一篇《微紀元》，里面出現了只有細菌大小的人，微型人的生活是很幸福的，從多高的地方跳下來都不怕，在空中自由自在地飄蕩。但是，劉慈欣回避了一個最重要的問題，細菌一樣大的腦子，根本不足以支持人類的思考。

電腦的性能依賴里面的元件，大腦的性能依賴腦內的神經細胞。腦細胞的數量越多，大腦處理信息的能力越強。但是，細胞又是一個不能縮小的東西。

細胞像一個精致的小機器，通過它的表面，氧氣和許多別的物質進進出出。體積大小的變化要比表皮的變化快，這就限制了細胞的大小——如果太大，里面的“餡兒”過于龐大，表皮太少，它會因為得不到足夠的氧氣而“憋死”;如果太小，它又裝不下精致復雜的“零件”。細胞的大小被嚴格控制在一定范圍內。

細胞不能隨隨便便變大或縮小，細胞的數目也不能減少，所以大腦要正常運轉，必須保證一定的大小。世界上第一臺計算機重30噸，因為它用的元件是電子管，體積太大。

如果你把狼的頭骨和經過人類馴化縮小的狼——吉娃娃的頭骨放在一起，會發現一些奇怪的事。狼的頭骨比較長，腦頂是平平的;吉娃娃的頭骨幾乎是球形，腦頂是圓溜溜的，讓人想起科幻故事中腦袋巨大、智慧極高的外星人。吉娃娃不算特別聰明，但也維持在一只狗的水平，它的身體縮小了，大腦卻不能按比例縮小，于是，和身體相比，它的腦袋顯得碩大。

《微紀元》里的微型人，身體比正常的神經細胞還小，我們不用擔心他們有沒有智慧，他們能否作為活著的細胞存在，本身就是一個問題。

（秋水長天摘自清華大學出版社《羚羊與蜜蜂》一書）