• 研究猛犸象的季节 - [二心集(杂)]

    2007-10-12

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              大象为什么不长毛?

      可能是由于在电视、电影、画册上已司空见惯,很少有人意识到,大象是最独特的动物之一。独特到什么程度呢?动物学家把多达5400种的哺乳动物根据其亲缘关系的远近很吝啬地划分为29个目,而大象就占了一个目——长鼻目。长鼻目仅仅含有三个现存物种,即亚洲象、非洲丛林象和非洲森林象,再也没有别的现存物种能与大象划入同一个目。而我们人类所属的灵长目含有350个物种,我们的近亲可比大象多多了。

    按:我记得小时候见过一种小虫,就叫象鼻子虫,跟大象很象。

        大象的独特首先表现在它的庞大。它是现存最大的陆地动物,能长到高达4米,重达7吨,是排在第二位的犀牛的两倍。它的形状也很独特,最引人注目的当然是那长长的鼻子,以及巨大的耳朵。大象还有一个特征比较少有人注意到,那就是身上的毛发极其稀疏。身披毛发是哺乳动物的特征之一,99%以上的陆地哺乳动物都有皮毛,大象是罕见的例外。

        有一个科学爱好者注意到了这一点。我收到他写的题为《大象的体毛为何非常稀疏》的小论文,大意是说始祖象的体型变大进化成大象后,身上毛囊的密度自然会大大降低,大象的体毛当然会变得稀疏了。这个解释是经不起推敲的。体型大并不意味着毛发就变稀疏。实际上,已在1万年前灭绝的猛犸象就长着浓密的长毛。如果有必要,现存的大象也可以身披毛发。

    按:体型大并不意味着毛发稀疏,但年龄大可以使毛发稀疏,恐龙身上也没毛。

        猛犸象生活在寒带,需要毛发御寒,而现存大象都生活在热带,没有这个必要。所以大象不长毛的一个因素,是气候。但是,和大象生活在同一个地方的许多哺乳动物,例如斑马、长颈鹿、狮子,都有毛发,为什么大象的体毛却严重退化呢?

        哺乳动物是恒温动物,必须把体温维持在一个特定的温度才能保证正常的生理活动,比如大象的体温必须维持在大约36摄氏度,过高或过低都有生命危险。体热是在细胞代谢过程中产生的,它们的总量差不多是固定的,但是环境的温度则是不断在变化的。如果气温低于体温,那么就要防止体热散失,这是毛发的主要功能。而如果气温高于体温,则要想办法尽量把体热散掉。

        大象生活在地球最炎热的地带,如何散热要比如何保温更重要。既然体热来源于细胞代谢过程,那么细胞越多,产生的热量就越多,也就是说,身体体积越大,产热越多。体热的散发主要是通过皮肤进行的,身体表面积越大,散热越快。但是,动物体型变大时,体积和身体表面积却不是按相同的比例增长的:体积按立方增大,而表面积按平方增大,体积的倍数增长要比表面积快得多。假如你吹一个气球,让其半径增大1倍,这时候气球的体积是原来的8倍,而表面积仅仅是原来的4倍。

        由于体积和表面积不成比例的增长,考虑到大象体型的庞大,散热就成了一个极其严重的问题。大象的体积大约是狮子的30倍,即产生的体热大约是狮子的30倍,但是大象皮肤总面积大约只是狮子的10倍,还有20倍的热量需要设法散掉。因此不能像狮子那样保留妨碍散热的体毛。与此类似,体型排第二的犀牛、排第三的河马,也是没有体毛的。

        大象的体积大约是犀牛的2倍,但是表面积仅仅是犀牛的大约1.5倍。把体毛去掉对犀牛是够了,对大象还不够,还必须有其他的办法来帮助散热。什么办法呢?长一对巨大的耳朵。大象的耳朵不仅大,而且薄,里面充满了血管,血流经这里,很容易就把热量散发了。特别是扇动起来,更容易把耳朵里的血的温度快速将下来,能让血温降低5摄氏度,冷却的血在体内循环,帮助把全身的温度降下来。

        现存的三种大象,亚洲象体型最小,生活的地区比较靠北方,又是生活在森林中,气温较低;非洲丛林象体型最大,生活在阳光暴晒的热带大草原,气温最高;非洲森林象的体型和所在的环境气温都介于二者之间。这三种象的耳朵,以非洲丛林象最大,非洲森林象其次,亚洲象最小,刚好与大象耳朵的主要功能是散热的说法相符。

        猛犸象的体型要比现存大象大,但是由于生活在冰天雪地的寒带,它面临的主要问题是如何保温,因此不仅要身披长毛,而且耳朵也没有必要很大。的确,猛犸象和现存大象相比,什么都大,就是耳朵很小。已知最大的猛犸象耳朵只有0.3米长,而非洲丛林象的耳朵可以长达1.8米。由此可见大象的大耳朵是做为散热器进化出来的,它的其他功能(例如雄象在争夺配偶时会长大耳朵进行示威)则是副产物。

    按:原来耳朵小可以保湿……


        生活在寒冷地区的动物的体型一般要比生活在温暖地区的同类动物大,这叫柏格曼法则。但是,寒冷地区的动物的耳朵等突出物则一般比较小,这叫阿伦法则。这两个法则其实都是对表面现象的概括,为了保温或散热才是真正的因素。

        别看大象长得奇怪,其实蕴含着一点也不奇怪的简单的科学道理。

    2007.10.3.

    (《中国青年报》2007.10.10)

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    评论

  • 虽然体积大产生体热大,但是体积大的需要热量也大吧
    不严谨啊不严谨——我是说他,阿局在我眼里可好了,么的缺点的hiahia
    回复xiaofoye说:
    是哇,佛爷的思辨能力有一次显露无余
    2007-10-13 16:37:15