现实中为什么没有哥斯拉这种庞然大物?

哥斯拉,日本动漫里的经典怪物形象,它有几十层楼高,体重有上万头大象那么重。可是,这样巨大的怪物不过是想象出来的,地球从来不曾孕育出如此巨大的动物,这是为什么呢

单细胞有多大

地球上最早的生物是单细胞的,如果生物一直是单细胞,有机会长成哥斯拉那样的庞然大物吗在我们印象里,细胞总是小得肉眼无法看见。你也许要说,由这么小的细胞组成的生物,自然不可能长得很大,但其实单个细胞也可以长得很大。

细胞长不大是有原因的,细胞体积越大,其相对表面积即表面积与体积之比就越小,细胞物质运输的效率就越低,这必将影响细胞对于营养物质的吸收。除此之外,细胞内的遗传物质的量不会发生变化,如果细胞过大,也会影响细胞核对于细胞的控制以及后续的代谢活动,因此细胞不会长得很大。

但是,事情总有例外,这么多年下来,其实生物们摸索出了一套让细胞长得更大的方法。

单一的细胞核无法控制太大的身体,如果有多个细胞核呢杉叶蕨藻可以说是目前所发现的最大的单细胞生物,最大的杉叶蕨藻可达3米,而这株看上去与蕨类植物很相似的,叶、茎、根等“器官”俱全的植物,竟然只是一个巨大的细胞。杉叶蕨藻采用的正是多核策略,许多个独立的细胞核被包裹在一团细胞质里,不同部位的细胞核生产功能不同的蛋白质,不断分支,进而形成了复杂的叶片形态。

如果严格要求,单细胞中仅能有一个细胞核,生物也进化出了一种通用办法:让细胞浆尽可能地又细又长,扩大表面积。在浅海区域,生活着一种名叫伞藻的藻类,伞藻物如其名,一根笔直的长柄上撑开着形状各异的伞盖,高可达10厘米——与杉叶蕨藻不同,整个伞藻就是仅有一个细胞核的大细胞。

在包括人类的多细胞生物中,也存在着很大的单细胞——神经细胞。为了将神经信号传递到身体的各个角落,神经细胞会不断延伸,越长越长,比如蓝鲸的神经细胞,可以从大脑延伸至尾部,长达25米。为了养活“巨大”的神经细胞,动物们在神经细胞周围包裹了大量的胶质细胞,从外部营养神经细胞。

多细胞有多大

显然,只靠一个细胞长成庞然大物还是有点为难,它很难完成生物的所有生理功能,还需要其他细胞的帮助,那么大量的细胞聚在一起,它们又能长多大呢

严格意义上最大的单体生物则属被称为“谢尔曼将军树”的巨杉,它位于美国内华达山脉西侧的红杉国家公园中。“谢尔曼将军树”高83.8米,基部直径11.1米,其体积约1487立方米,体重约2800吨,估计年龄在2150岁到3100岁之间。历史记录描述过数棵更大的巨杉,但在19世纪后期已经被人类砍伐。

这些巨大的生物与哥斯拉相比,还是有很大的差距,是什么限制了它们的体型呢

无论是蜜环菌还是“谢尔曼将军树”,首先决定它们体型的因素是自然环境的资源数量。真菌和植物无法行走,只能依靠土壤(及其中的生物)和阳光补充营养。蜜环菌需要靠菌丝从周围植物身上汲取营养,随着它不断扩大地盘,植物的营养被掠夺得一干二净,周边森林大面积枯萎。植物也一样,随着体型越长越大,所需要的营养物质和阳光光照越来越多,当获取的能量不足时,植物就停止生长了。

对单体植物来说,即使营养供应充足,其自身的生理结构也会限制它的体型。植物靠根吸收水分和无机物,因此与动物不同,这些养分是从下往上运输到植物体全身的,养分的运动方向与重力方向相反,植物需要用很大的力量将养分送到高处。植物长得越高,需要对抗的重力越大,到了一定的高度,顶端的树叶就无法获得养分,无机物得不到补充,树木就会生病,以水分作为原料的光合作用也会中断,最终停止生长。

动物能长多大

与植物相比,动物长大受到的限制就更多了,因此动物的体型远比不上植物。

目前,我们已知的最大的陆地动物是蜥脚类恐龙——体长最长可以超过40米,体重可达70吨。可惜,蜥脚类恐龙在哥斯拉面前仍然犹如猫狗之于大象。当一只动物长高1倍,其身体的触地面积会增长4倍,它的体积会增长为原来的8倍,质量也会等比增长。骨骼需要进化出支撑额外增加的重量的能力——例如增加骨骼密度。而肌肉带动庞大的身躯不仅需要更多的能量,还会给心脏和肺部带来额外的压力。

蜥脚类恐龙找到了一种支撑更重身体又不消耗太多能量的好方法,它们以植物为食,利用一根又长又灵活的脖子四处游荡寻找食物,而身体则原地不动。即便如此,蜥脚类动物也可能触及地球陆地生物体型的天花板了,如果一个生命体无限扩张自己的体型,最终的结果就会导致它无法支撑自己庞大的身躯而倒下。

那么,水生动物的情况又如何呢到目前为止,人们发现的最大的海洋生物是蓝鲸,其体长33米,体重181吨。由于浮力的作用,水生动物无需考虑无法站立的问题,因此可以长得比陆地动物更大。然而,自然界却在其它地方为海洋里的生物套上了枷锁。

与陆地动物相似,海洋生物的身长每增加1倍,体表面积增加4倍,体积和质量却会增长8倍,相当于细胞数量增长了8倍。可以粗略地说,细胞产生的热量增加了8倍,而通过皮肤散发出去的热量最多只能增加4倍。因此,即使浑身浸泡在海洋里,过于庞大的蓝鲸最终也会因产热过多、散热不及时而导致热损伤。因此出于保护自身内脏的原因,海洋的环境也无法支持巨型哥斯拉的存在。

不过,我们或许应该为地球上没有哥斯拉感到庆幸,正因如此,我们矮小的人类才能自由地在地球上呼吸、漫步,而不是四处躲藏、逃命。

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