生物学中有一个概念叫“异速增长关系”,即
生物的行为、形态以及所需能量等生理特征与体型之间存在着一种定量关系,也就是说这些生物学特征会随着生物体型的变化而产生定量的变化,而且这个变化不是成比例的。
这一概念最早由朱利安·赫胥黎(Julian Huxley)于1932年提出,可以用一个数学表达式表示:
生物的行为、形态和生理等特征与体型不是等比例增长。先假设生物学变量与体型是线性关系,也就是生物的体型越大,生物学变量值也就越大,则:尺度因子=1;
这种情况在自然界是存在的,但是有前提的。举个例子,青蛙除了在蜕变后的几周的短暂时期外都是线性生长的,是等比例的。但这种线性生长并不是长期的,为什么?
线性增长的关系是由平方-立方定律决定的。当一个生物体的长度翻倍时,那么它的表面积将是原来的4倍,而它的体积和质量将是原来的8倍。
但在现实中这样的生物会出现很多问题。
先假设动物体型翻了一倍,现在有8倍的生物组织来支持它的生存,但是如果按照前面的说法,它的呼吸器官表面积应该变成原来4倍,那么它的身体供需关系就会出现不匹配的情况,原有的呼吸器官提供的氧气就不足以维持现有的体型能量消耗。
同样,当我们翻倍动物的体型时,骨头的面积是原来2倍,而质量却变成了8倍,这是完全不合适的。伽俐略在其《关于两个新科学的对话》中讨论的典型例子就是关于兽类骨骼,即其骨骼因身体尺寸增加而会变得更强健和增大。
后来,工程师托马斯·麦克马洪扩展了伽利略的观测范围。他测量了一些博物馆的动物标本,发现腿骨直径的变化可以用一个异速增的关系式来描述:即腿骨直径是其身高的3/2次方。这个指数导致较大的动物骨骼相对较粗。
例如,大象的股骨虽然是狗的10倍长,但却是比狗的粗20倍。这种骨骼比例关系被称为“弹性相似”,这种骨骼比例的变化有助于保持恒定的应力,从而抵御欧拉失稳。
如下图所示,拿大象的照片和斑尾袋鼬的照片放大到同等大小去比较,很容易发现大象的腿要粗得多。如果真的把斑尾袋鼬按照自身的比例放大到大象那么大,按照上一段中的分析,它一定站不起来,而大象为了能站立,它的腿必须很粗才行。
所以生物的行为、形态和生理等特征与体型之间的关系不会是完全等比例的,也就是异速增长,而非等速增长。
接下来,我们拿哥斯拉这个巨兽来举例。
电影中的哥斯拉体型的增长几乎是等比例的,下图可见,就从这点来看已经很不科学了。
从1954年初代哥斯拉诞生以来,哥斯拉的体型也发生这变化,一、二代哥斯拉的身高为50米,三代身高为80米,四、五代为100米,之后的六、七、八、九、十代又回到了初始设定50米左右,到了最新的几代又变大到110米左右。
而且这个吨位估计也是瞎鸡儿编出来的,根本不符合异速增长规律。
比如,在它91.5米的时候,设定中的哥斯拉的质量接近24000吨。
然而,从动物学的角度来看,很明显,这种吨位对于如此庞大的巨兽来说是非常小的。它看起来不切实际的瘦。现存的1-300公斤以上的自然动物,都会随着体型大小的增加而逐渐变得更结实。
结论:因为电影中的巨兽不符合异速增长关系,所以不可能存在。
想了解更多可以看这篇论文,具体介绍了哥斯拉这种巨兽为什么不科学:
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很简单的原理。你拿一堆砖,不用盖房子,就简单地朝高处堆积。堆到高度为2块砖的时候,下面那块砖承受了上面1块砖的重量。堆到200块那么高的时候,下面一块就承受上面199块的压力。能明白吗?
这样,拿这种砖到底可以堆多高?其实就看你最下面那块砖能被多少个砖压着还不碎,他就能堆多高。比如你拿铁块就能堆很高,拿豆腐块堆不高他就塌了。
同理,肉和骨头也有自己的强度极限。巨大怪兽那么大,普通的肉和骨头根本承受不住。就等于你想用小葱拌豆腐建一座帝国大厦一样。堆到一定高度,或者说怪兽长到某个尺寸,就被自重压塌变成一堆烂肉了。
同样,肌肉能提供的力量也是有限的,因为这个材料他的强度就那么大。比如体重很大的大象,虽然很有力,但跳不起来。
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看评论没想到有这么多人满脑子都是等比放大,还自以为自己很智慧,老想拿蚂蚁出来讽刺别人两把。
蚂蚁智商低,蚂蚁觉得人这么大不存在?蚂蚁都智商低了他根本就没有『觉得』这个概念好吗?都是你把你脑子带入蚂蚁的思想里去抬扛罢了。蚂蚁可不会抬扛。
等比放大就无敌吗?你造个飞机,10米长,能跑时速100公里。你放大一万倍就能跑时速1000000公里了吗?你拿块砖能盖100层高楼,那为什么不等比放大搞更大块的砖,一下把大楼盖到月球去呢?到时候坐电梯就能直接登月了,多方便!
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分陆地巨兽还是海洋巨兽来说
海洋巨兽
蓝鲸平均长度(脊柱方向)25米,体重约200吨,平均每米8吨。因身体密度与海水相当,其脊柱承重可以忽略不计。有浮力平衡体重减少能耗的情况下,每天食量4吨。约体重的2%
陆地巨兽
非洲象平均体长6.5米,体重6吨,平均每米0.923吨。四足着地。每足承重1.5吨。其脊柱承重约一半体重,每米0.5吨。每天进食量0.22吨左右。约体重的3.7%。小腿骨中段,半径约5.6厘米(双骨折算单骨),每平方厘米承重15.23kg。
著名的T-REX,霸王龙,平均体长12.5米,平均7吨,每米0.625吨(扣除0.5体长)。双足着地。每足承重3.5吨。霸王龙小腿骨中段,半径约9厘米,每平方厘米承重13.78kg。
如果按蓝鲸的体重,折算成非洲象,四足着地,其腿骨半径约32.58厘米。
因为重力的存在,导致陆地动物的体型是有上限的。物体大小成倍数增长后,它承受的重力是指数增长。1米的儿童体重只有30多斤,2米高的人就算瘦成竹竿也一百多斤。世界上所有动物体重越大的越是个球(犀牛、熊、大象),所有擅长奔跑且腿长动物没有太沉的。
而飞行动物因为要利用气流抵消重力,所以比陆地动物更小。在水里因为有浮力的存在,所以水中动物体型的上限比陆地动物大的多。
在体型上限方面,水里>陆地>空中。在常态下,越需要克服重力的动物,体型上限就越小。
电影中的巨兽不存在,因为如果是那般庞然大物,它一定是个球。且要超级强有力的心脏和肺才能把血液和氧气输送全身。一天进食时间至少12个小时,光是活着就拼劲全力了,怎么可能还上蹿下跳游泳跑步。
另外,碳基生物不可能有巨兽。星球重力小,空气就会逃逸星球表面,导致氧气稀薄,巨兽供给不上氧气。星球重力过大,生物太沉又站不住。
有重力,你站不住。没重力,你喘不上来气。蓝鲸利用水的浮力,冲破了重力限制。摩天大楼不需要呼吸,冲破了心脏肺对血液和氧气的输送限制。但如果这俩限制都不能冲破,那动物就不可能太大。