大小有别

陶雨晴

大象一定要有大象腿

面对大象和恐龙，我们总是会感慨人类多么渺小，但实际上，在动物世界里，我们人类是非常庞大的物种。与很多动物相比，我们像遗世独立的巨人。兽类中最兴旺的家族是鼠辈（啮齿目），其次是蝙蝠，已知的物种中昆虫的数量超过一半。

我们习惯了巨人的世界，对许多仅出现在巨人世界里的特殊问题也司空见惯，比如，人的腿为什么这么粗？

骨头的强度取决于粗细，骨头越粗壮自然也就越结实，而决定骨头粗细的标准是横截面积——把骨头切开，所得到的横截面的面积，这是一个二维的问题。而动物体重的增加，是一个三维的问题。如果真有身高是常人4倍的巨人，那么他的体重将是常人的64倍，骨头的粗细却仅仅是常人的16倍——他相当于站在火柴棍上。

结论是，动物若想长大，支撑体重的腿就必须加粗，否则就会被自重压垮。昆虫的腿可以像毛发一样细，而庞然大物——不管是大象、犀牛还是恐龙，腿必然是又粗又壮，骨头也更粗壮。即使大象的骨头如此粗，它还是处在岌岌可危的状态。大到这个程度，体重本身就成了一枚定时炸弹，它随便绊一下、摔一下，都可能对自身造成严重的伤害。

浓缩的才是精华

体形小的生物，其速度和力量令人惊讶。蚂蚁可以搬起相当于自身体重50倍重的东西。如果按相对身体的长度来算，奔跑速度最快的动物，是虎甲科的甲虫。如果和人的体形一样大，甲虫的奔跑速度会超过300千米/时。

肌肉的强壮度和骨骼一样，是由肌纤维的粗细决定的。如果体重变大，肌肉变粗壮的速度会跟不上体重变化的速度 ，看来巨人不仅脆弱，力气也不大。

如果把人缩小到原来身高的1/4，情况就会完全不同。力气减小的速度，比体重变化的速度要慢得多。缩小后他的体重仅剩原来的1/64，肌肉的粗细却是原来的1/16，他的力气也是原来的1/16。假设这个人体重是64千克，能搬动相当于其体重一半的东西，也就是32千克;现在他体重1千克，能搬动2千克——相当于体重两倍重的东西。

蚂蚁会让人觉得力大无比，是因为它的相对力量。蚂蚁举起的东西的重量是自身体重的好几倍。在力量方面，动物体形越小，力量越强大。已知所有动物中相对力量最大的是一种螨虫，它能拖动相当于自身体重1180倍重的物体，而它的体长连1毫米都不到。

九命猫与不死鼠

俗话说，猫有9条命。根据兽医诊所记录，猫从楼上摔下来的死亡率大概是10%。一般对此的解释是，猫比人灵活，可以在空中转成四脚着地的姿势，还可以屈腿来减缓冲力。还有一个重要的因素是：它们的体形较小。

跳楼的猫除重力之外，还受到空气的阻力——这个阻力的大小，取决于猫身体的表面能兜住多少空气，就像降落伞的作用原理一样。

于是我们又遇到了类似骨头粗细的问题。身体表面是二维的，而体重是三维的，所以体重增长的速度，要快过身体表面扩大的速度。如果跳楼的不是一只猫，而是一条狗，因为狗的体重远比猫大，能兜住空气的表面却不会比猫大太多，结果就会发生悲剧。一个合格的降落伞应该重量小而面积大，能兜住更多的空气，在这方面，猫要比狗够格，狗要比大象够格，动物越小越有优势。猫从高处坠落，最快的下落速度约为100千米/时，而人类的下落速度能达到210千米/时，毫无疑问，人会摔得更惨。

体重更轻的动物，坠落的速度自然更慢。生物学家约翰·伯顿·桑德森·霍尔丹曾经说过，如果你把一只小老鼠顺着管道扔进1000米深的矿井，它最初会愣一愣，随即若无其事地跑掉。对巨人来说，重力是恐惧和危险的源泉;但对昆虫来说，重力什么都不是，因为它们微小的体重和足够大的身体表面，所受的空气阻力足以克服大多数重力。

“幸福”的小人国

科幻作家刘慈欣写过一篇《微纪元》，里面出现了只有细菌大小的人，微型人的生活是很幸福的，从多高的地方跳下来都不怕，在空中自由自在地飘荡。但是，刘慈欣回避了一个最重要的问题，细菌一样大的脑子，根本不足以支持人类的思考。

电脑的性能依赖里面的元件，大脑的性能依赖脑内的神经细胞。脑细胞的数量越多，大脑处理信息的能力越强。但是，细胞又是一个不能缩小的东西。

细胞像一个精致的小机器，通过它的表面，氧气和许多别的物质进进出出。体积大小的变化要比表皮的变化快，这就限制了细胞的大小——如果太大，里面的“馅儿”过于庞大，表皮太少，它会因为得不到足够的氧气而“憋死”;如果太小，它又装不下精致复杂的“零件”。细胞的大小被严格控制在一定范围内。

细胞不能随随便便变大或缩小，细胞的数目也不能减少，所以大脑要正常运转，必须保证一定的大小。世界上第一台计算机重30吨，因为它用的元件是电子管，体积太大。

如果你把狼的头骨和经过人类驯化缩小的狼——吉娃娃的头骨放在一起，会发现一些奇怪的事。狼的头骨比较长，脑顶是平平的;吉娃娃的头骨几乎是球形，脑顶是圆溜溜的，让人想起科幻故事中脑袋巨大、智慧极高的外星人。吉娃娃不算特别聪明，但也维持在一只狗的水平，它的身体缩小了，大脑却不能按比例缩小，于是，和身体相比，它的脑袋显得硕大。

《微纪元》里的微型人，身体比正常的神经细胞还小，我们不用担心他们有没有智慧，他们能否作为活着的细胞存在，本身就是一個问题。

（秋水长天摘自清华大学出版社《羚羊与蜜蜂》一书）