像“哥斯拉”这种巨型爬行类,能在地球上奔跑跳跃吗?

以宇宙知识来说,恒星是庞大的星际分子云在重力作用下塌缩而来,内部是氢融合反应。恒星的大小差异很大,而大小决定了它们的演化命运。当恒星的氢燃料耗尽后,太阳等级的小恒星其热能不足以触发进一步的氦核融合,重力势能耗尽,就形成了红巨星,然后是白矮星,理论上最后冷却成死寂的黑矮星。

更大的恒星会塌缩成高密度的中子星,或发生大爆炸成为超新星;再更大的恒星塌缩时甚至会因为重力持续增加,达到光无法脱离的地步,形成黑洞。这些事实表明,即使是相同的物质构造,大物体不只是小物体的放大;大小的不同决定了它们的性质和命运。

地球上的生物也是一样,它们的大小不是随意形成,而是和演化息息相关。地球陆上最大的现生动物是非洲象。

英国遗传与演化学家霍尔丹(J. B. S. Haldane)1926年发表的文章〈论大小适当〉(On Being the Right Size)中谈到巨大动物身躯面临的支撑问题。霍尔丹用简单的数学说明:假设动物形状不变,如果长度增到2倍,体重会增加到8(23)倍,但是肌肉截面积只增加到4(22)倍,于是肌肉的截面积要承受2倍的压力。

以2017年的电影《金刚》为例子:它身高(30米)大约是我的17倍,所以体重大约是我的4913倍,但是它的肌肉横截面积只有我的289倍,也就是说它的肌肉要承受的压力是我的17倍,早就被自己的体重压扁,怎么还能奔跑跳跃呢?

这也是为什么只有几公分长的沫蝉(半翅目沫蝉科,常见的沫蝉有红纹沫蝉和小红斑沫蝉,亦称吹沫虫(spittlebug)或鹃唾虫(cuckoo spit insect)。),可以跳达70公分(约体高100倍),而人类连自己身高的一倍半都无法跳过。大象别说跳跃,跑的时候甚至无法四脚同时离地。

除了肌肉横截面积,身体表面积也没有和体积成正比增减。圆球的表面积与体积的比值(“比表面积”)和半径成反比。也就是说圆球的体积每增加一倍,比表面积(指多孔固体物质单位质量所具有的表面积)就减少一倍。对于需要呼吸的动物,这是个切身的问题。小昆虫的比表面积大,氧气经由扩散作用和简单的气管,可直接渗透到体内各处;大动物就无法这样了,必须发展出特殊的器官(例如肺和循环系统)用血液运送氧到体内各处。反过来,小动物比表面积大的问题是热量和水分丧失得快,所以老鼠不停进食,每天要摄取体重15%的食物和15%的水。

你可以做这么一个实验:淋浴后秤重。比如说,你的皮肤表面积大约有2平方米,这表示附着在皮肤上的水层平均0.1公分厚。假如这发生在一只0.2公分长的小虫身上,它淋湿后附着的水层应该还是差不多0.1公分厚;那是它体重的7倍。它摆脱不了这“水滴”的黏性,就会溺死。所以对小昆虫来说,喝水是有生命危险的行为,有些小昆虫就发展出长长的口器来安全地喝水。

这些例子显示了生物身躯的大小差异,不只造成“量”变,也带来“质”变。恒星的演化没有天择,只有注定的命运。生物的演化有天择,现存的生物都是根据它们的大小,发展出适应其体型的结构和生理;也可以反过来说,它们是演化成最适当的大小。金刚如果曾经出现在地球,它早就灭绝了。