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不可能的小人国
2010-11-26 09:24:56 来源:光明网   查看评论 进入文化论坛 手机看新闻

  电视台曾播放过1996年拍摄的美国电视电影《格利佛游记》,与原著相比改动很大。故事主题变成了是否应该相信别人向你讲述的离奇故事,主线则成了格利佛在海外漂泊八年回来,没人相信他的奇遇,将他投入疯人院,幸而他的儿子在听证会上出示了他从小儿国带回来的微型羊羔,证明他的确去过小人国,他才被释放回家。

  斯威夫特的这部奇书本是一部讽刺寓言,后来很不幸地经常被改编成供儿童阅读的童话。不管是寓言还是童话,都不会有人无聊到去计较其内容是否合理。但是,现在真实性成了故事焦点,不相信格利佛奇遇的人成了反面人物,我们就不妨较真一下。如果有人像格利佛一样,说他曾经去过其国民的身高只有人类的1/12的小人国,或身高是人类的12倍的大人国,我们是否应该相信他呢?

  由于体积的倍数增长要比横截面积快得多(体积按立方增大,面积按平方增大),生物体按比例放得越大,二者就越悬殊,肢足就越不堪身体重负,到一定程度后就无法支撑了。把人放大12倍,相当于体积(也即体重)增大到1728倍,但是大腿的横截面积只增大到144倍,这样的巨人会被重力压垮,是站不起来的。

  如果把人体缩小到1/12又会如何呢?同样,由于体积和面积的缩小比例不同,会出现问题,不过问题不是出在重力上,而是在散热上。人的体热来源于细胞代谢过程,身体产生的总热量与身体体积大小(细胞总数)相关,而散热则与身体表面积大小相关。人体缩小到1/12,则身体体积以及身体产生的热量减少到1/1728,但是身体表面积仅仅减少到1/144。因此,小人的身体散热速度要比我们快得多(是我们的12倍),小人将会因为难以维持恒定体温而冻死。

  在现实中,有很多恒温动物比小人国里的小人还小,它们又是如何生存下来的呢?它们的身体结构和生理功能发生了一些变化,解决了散热的问题。

  让我们来看一个极端的例子。按体重算,世界上最小的哺乳动物是小臭鼩,成年体重平均为1.8克,体长约4.5厘米。但这是一种相当成功的小动物,其分布范围很广,在亚、非、欧洲许多国家(包括中国)的森林、丛林中都能发现它们。

  小臭鼩虽小,也是一种哺乳动物,必须把体温维持在大约38摄氏度才能生存。它是怎么办到的呢?哺乳动物用以保温的一个重要方法是长出厚厚的皮毛,减少体热的散失。但是对小臭鼩这么小的动物来说,这个方法不可行,那将会让它变成一个小毛球,无法动弹。

  小臭鼩能够采取的策略,只能是增加体热的产生,以此弥补体热的散失。为了加速产生体热的代谢过程,需要大量地摄入两样东西:食物和氧气。小臭鼩每天要吃下大约相当于其体重两倍的食物,而且都是营养丰富的动物性食物(昆虫、蜘蛛等)。作为对照,一头大象每天要吃300千克食物,听上去似乎很惊人,其实只占其体重的4%,而且还都是些低能量植物。

  小臭鼩对氧气的消耗更是惊人。在热平衡的环境(气温35摄氏度)中,其氧气消耗率为每千克体重每分钟消耗100毫升,当气温降到22摄氏度时,氧气消耗率增加到270毫升,最高可以达到1000毫升,分别是人类的25倍、67倍和250倍。为了能吸入这么多的氧气,它的肌肉每分钟要收缩900次。在颤抖时,其肌肉速度能达到每分钟3500次。颤抖是在寒冷环境下快速产生体热的重要方法,由于肌肉的快速收缩,能使细胞产热提高四倍。

  吸入体内的氧气进入血液,随着心脏的搏动输送到全身各处,参与产热的代谢反应。为此,小臭鼩的心脏需要快速地搏动,能达到每分钟1500次,远远超过所有恒温动物的心跳速度,已达到心脏所能承受的搏动极限。但是,这么快的心跳还不能满足需求,小臭鼩还要有一个大心脏,每次跳动能输出更多的血液。哺乳动物的心脏重量一般占体重的0.6%,而小臭鼩的心脏所占的分量则是其三倍。

  泰国猪鼻蝙蝠有时也被称为最小的哺乳动物,它的体长比小臭鼩还小(3.4厘米),但体重略大(2~2.6克)。恒温动物除了哺乳动物,还有鸟类。世界上最小的鸟是生活在古巴的吸蜜蜂鸟,它的体长为5厘米,体重为1.8克,与小臭鼩相当。看来,这是恒温动物所能达到的最小极限了。而变温动物由于没有体热问题,不受这个限制,例如最小的爬行动物侏儒壁虎体长只有1.6厘米,最小的青蛙体长只有1厘米。而无脊椎动物更是可以小到用肉眼都看不见,例如最小的昆虫(一种缨小蜂)其成虫的体长只有0.139毫米,甚至比单细胞原生生物草履虫还小。

  文艺作品偏爱离奇和幻想,不愿轻信的人们经常成为其嘲笑的对象。事实上,真理往往在怀疑者的手中,它们有时比文艺作品的幻想更为奇妙。

[责任编辑:张振胜]

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