科普：地球上为什么没有动物比蓝鲸的体型大？

为什么没有动物比蓝鲸的体型大？

这个问题一看就是和生物或者进化有关的，但是最近这一段时间我们一直在说用工程师的眼光看世界。这两者有什么关系吗？那就是找最关键的问题 ，这个问题不解决，其他都不用聊。这个问题解决了，才能轮到其他优化的部分。蓝鲸体型这个问题的回答是，不论从发热散热的角度，还是从新陈代谢和心血管功能上看，蓝鲸的体型已经走到极限，再大就活不成了。这个理由足够了吧，那具体是怎么回事呢？

首先是从发热的角度看，身体总的发热量和身体有多少细胞，和每个细胞能产生多少热有关系。身体有发热，也有散热。发热是所有细胞的贡献，不管是内部的还是外部的。可是在散热问题上，近似地看，大概是只有皮肤附近的一层细胞参与。所以当一种生物，大致外观没有剧变的情况下，还维持从前的外形，同比例放大，从体长1米放大到2米，这里面参与发热的细胞数量大致是从前的8倍，所以发热总量也是从前的8倍，但参与散热的皮肤表面的面积只是从前的4倍。

这是问题吗？

这要看具体是从多大的尺寸开始变化。比如从一只小老鼠长成一只大老鼠那样，一般问题不大，它自身的体温调节就能处理增加的发热。再大一些的，比如从一只狗变成一匹马那么大，除了体温调节要参与，还要把体表的长毛去掉，否则就会热死，所以我们很少能够见到大牛大马这种尺寸的浑身还覆盖着毛的动物。

那西藏的牦牛呢？

那是因为天寒地冻，需要保温。蓝鲸30多米长，170多吨重，其实就面临非常严峻的散热的问题，多余的热量必须散出去，否则器官会衰竭，散热就通过海水，这是天然的水冷装置。如果凭空按比例将蓝鲸放大到60多米长，体重就要1000吨了，那估计海水帮着散热也不够。其实在散热出现问题之前，其他因素也会导致它死亡。

陆地上没能出现这样的庞然大物，考古证据中最大的也就是马门溪龙，20多米长，但这是把长脖子和长尾巴算进去的，如果马门溪龙的体型像蓝鲸那样，是一个22米长的一大坨肉，我相信它的散热也成问题。

所以你看，马门溪龙体长22米，跟蓝鲸差不太多，但体重只有20多吨，离蓝鲸的170吨差远了，是因为它细长的脖子和尾巴也算进去了。据分析，马门溪龙活着的时候也是经常泡在水里的。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。因为肢体能承受的压力、扭力和肢体的截面积高度相关，截面积相当于身体长度的二次方，而肢体受力我们简单看成体重，体重就是细胞的多少，它是按身体长度的三次方增长的。所以像马门溪龙还有类似的大家伙泡在水里，利用水带来的浮力来减轻腿部的压力。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。

而那些很小的动物，比如蜘蛛，八脚伶仃地闪转腾挪，就是因为它的强度足够用了。

其实仔细地从平方增长与立方增长对散热、对承重上的影响这个方面考虑的人很早就出现了，最早的是伽利略，那是在1638年，距离他去世只有3年多，他发表了最后一本著作《两种新科学的对话》，这本书是对他过去几十年研究的综述。

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？

他提出最后就会因为承重能力是按平方规律增加的，比如柱子。而压力是按立方规律增长的，所以大教堂无限扩大，后果就是房倒屋塌。

伽利略那时已经是一个74岁的老人，他是从69岁开始被宗教裁判所判处终身监禁的，不过因为他本来就有挺高的社会地位，也悔过了，岁数也大了，所以最终是在锡耶纳大主教的家里执行的软禁，不能随便会客，每天写的东西必须交上去审核。被软禁的时间里他每天写写算算，只不过不再敢碰触到底是太阳绕着地球转还是地球绕着太阳转的问题研究了，而是转而研究一些和圣经内容不抵触的东西。比如一个教堂能不能按比例无限扩建呢？

其实这个问题前人也遇到过，不过从一千多年前亚里士多德起，就把这类问题定了一个基调，它属于工匠、手艺人们经验积累下的产物，顶多算是技巧，不是什么重大的问题，直到到伽利略这里才把它当成科学问题进行定量的仔细分析。

在伽利略之后，也有人从平方立方规律，探讨研究建筑物的尺寸，甚至也分析出动物体格的规律。

在2010年的时候，美国科学家克里克特洛恩斯总结了447种动物，5个等级的尺寸，对动物基础代谢，也就是平静时最低能耗和体重作了更详细的分析，并且结合心血管输血的特性对生物体型作了进一步的统计。

体型能长多大？

如果第一次听说这个问题，那么找到的答案可能有的从食物来源角度去解释，有的从生长发育角度解释，听上去似乎都有道理，就容易当成答案纳入自己的知识体系里，而实际却没抓住重点。体型当然是由很多因素一起决定的，但我想，拥有工程师眼光的人会知道其中哪个是最值得关注的，定量的估算后就能找到关键点。知道这个问题的答案后，我们也会知道，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。