莊子曾說，夏蟲不可以語于冰者，篤于時(shí)也。把這個(gè)概念用于大象和老鼠也是適用的?！笙蟮捏w重有幾噸，老鼠的體重才幾十克，它們之間的差異達(dá)10萬倍；大象可以活100年，而老鼠只能活2年，它們之間的差異是50倍。從這個(gè)意義來看，大象與老鼠的大與小是顯而易見的，其實(shí)，這也是進(jìn)化中的大與小問題。

大象與老鼠的時(shí)間異同

生物進(jìn)化首先表現(xiàn)在時(shí)間上的不同，大的動(dòng)物可能活得更長，小的動(dòng)物則活得較短。從這點(diǎn)來看，大象與老鼠確實(shí)有不同，但是它們的某些時(shí)間又是相同的。所有哺乳動(dòng)物，包括人，在時(shí)間和體重上都有一定的比側(cè)關(guān)系。這里說的時(shí)間是生物或生理時(shí)間，例如，壽命、活動(dòng)的時(shí)間、成長的時(shí)間、性成熟的時(shí)間、胎兒在母體內(nèi)生長的時(shí)間等。但是，哺乳動(dòng)物的時(shí)間首先與體重掛鉤，它們的基本關(guān)系是，生物時(shí)間與體重的1／4次方成正比。1／4次方即平方根的平方根，當(dāng)動(dòng)物的體重變?yōu)樵瓉淼?6倍時(shí)，時(shí)間(壽命)就會(huì)變?yōu)樵瓉淼?倍。

以哺乳動(dòng)物做事的時(shí)間來看，體重越重的動(dòng)物，做事情花費(fèi)的時(shí)間就越多，所以大象的動(dòng)作笨拙而緩慢，老鼠的動(dòng)作靈敏而快捷。大象孕育胎兒的時(shí)間為18～22個(gè)月，大約是其體重的1／4次方；老鼠的孕期約為1個(gè)月，胎兒在母體內(nèi)的時(shí)間大約也是其體重的1／4次方。不僅如此，動(dòng)物性成熟的時(shí)間、壽命的時(shí)間等也都遵循這種1／4次方的法則。

從這里我們似乎可以找到大象與老鼠生命時(shí)間不同的原因。因?yàn)?，壽命是由生物周期來決定的，生物周期又是根據(jù)生物的體重來決定的。因此，體重越大的動(dòng)物，生命循環(huán)(包括各種生理活動(dòng)循環(huán))一次的時(shí)間較長，因而壽命就較長。老鼠這種體重較輕的動(dòng)物壽命就會(huì)較短。

由于老鼠的生命壽限較短，所以大象在老鼠面前完全有“夏蟲不可以語于冰”的優(yōu)越。那么，它們都活完一生后，在時(shí)間上有如此大的差異，在感覺上就可能有完全不同的“人生”。不過，子非魚，又焉知魚之不樂?因?yàn)?，這只是大動(dòng)物和小動(dòng)物在時(shí)間上的差異。

但是，無論動(dòng)物的大與小，在時(shí)間的某些方面它們又有驚人的相似性。而這個(gè)時(shí)間則是動(dòng)態(tài)的，主要是動(dòng)物器官總的運(yùn)動(dòng)次數(shù)。例如，如果把動(dòng)物的任意兩個(gè)與時(shí)間有關(guān)的現(xiàn)象相除的話，這種時(shí)間就會(huì)很相似，而與動(dòng)物的體重?zé)o關(guān)。如果用心跳間隔除以呼吸間隔，在每次呼吸間隔里，心臟會(huì)跳動(dòng)4次。無論是大象還是老鼠，這種器官的活動(dòng)時(shí)間是相同的。而且，用壽命除以心跳間隔，每種哺乳動(dòng)物一生的心跳都是約20億次。只不過，大象可以活100年，它在單位時(shí)間內(nèi)的心跳較為緩慢；而老鼠只活約2年，它在單位時(shí)間內(nèi)的心跳次數(shù)則會(huì)較多。

細(xì)胞大小的異同

我們都知道，生物的基本組成要素是細(xì)胞，再由細(xì)胞形成組織和器官，由器官組成系統(tǒng)，從而完成各種生理功能。既然大象比老鼠的體重要重約10萬倍，那么，它們身體和器官的組成要素——細(xì)胞也許會(huì)有較大的差異，當(dāng)然是大象的細(xì)胞大，而老鼠的細(xì)胞小。

如果以此來推斷，就有點(diǎn)想當(dāng)然了。其實(shí)，大象的細(xì)胞與老鼠的細(xì)胞都差不多一樣大，細(xì)胞的直徑一般為10微米。不僅如此，各種動(dòng)物的各種細(xì)胞大小也都基本一致，即大象的心臟細(xì)胞與老鼠的心臟細(xì)胞差不多一樣大，大象的大腦細(xì)胞也與小鼠的大腦細(xì)胞差不多一樣大。這是為什么?

大象之所以大，是因?yàn)榧?xì)胞特別多；老鼠特別小是因?yàn)榧?xì)胞特別少。不過，這也不能深入解答為何大象和老鼠的細(xì)胞都一樣大，以及所有哺乳動(dòng)物的細(xì)胞都一樣大的問題。由此，也引出了一個(gè)重要問題，細(xì)胞的大小由什么決定?

要回答這個(gè)問題，就要從細(xì)胞的組成談起。人體約有1億個(gè)細(xì)胞，如同其他動(dòng)物的細(xì)胞一樣，每個(gè)細(xì)胞都有一個(gè)細(xì)胞核(DNA)，其中包含了遺傳信息，這是最重要的，因?yàn)橹挥屑?xì)胞核中的遺傳信息才能讓每種生物繁衍和世代相傳。而且，每個(gè)細(xì)胞的細(xì)胞核中的遺傳信息都是一樣的。如此看來，生物包括人的遺傳信息就是在大量的細(xì)胞中大量地重復(fù)。那么，動(dòng)物為何要選擇如此繁復(fù)的方式把遺傳信息傳遞下去呢?

假如換一種方式，比如，每個(gè)人就是一個(gè)大細(xì)胞，只含有一個(gè)細(xì)胞核，再由細(xì)胞核中的遺傳信息產(chǎn)生核糖核酸(RNA)，后者是蛋白質(zhì)的設(shè)計(jì)圖，再把這種設(shè)計(jì)圖運(yùn)送到全身各處，各處的組織按RNA的藍(lán)圖來生產(chǎn)蛋白質(zhì)。如果這樣，生物就需要有一個(gè)巨大的暢通的輸送系統(tǒng)。但是，RNA是不能靠擴(kuò)散來運(yùn)輸?shù)模驗(yàn)?，即使是像酶那樣比RNA還小的分子通過擴(kuò)散的輸送最大距離也只有1～2厘米。而像RNA這樣的大分子的擴(kuò)散系數(shù)只有氧的1／100，所以最大的擴(kuò)散距離也只有幾十微米。

顯而易見，要把遺傳信息和加工程序輸送到全身，生物就必須要有龐大的運(yùn)輸系統(tǒng)，這顯然會(huì)讓生物不堪重負(fù)。于是，生物就選擇了另一種方式，通過在全身各個(gè)角落都擁有大量的DNA，再由DNA產(chǎn)生RNA來完成遺傳信息的復(fù)制和傳遞。但是，光有DNA是不行的，因?yàn)槁懵兜腄NA容易受到破壞，因此還必須把DNA裝在一個(gè)類似袋子的器具中，這個(gè)器具就是細(xì)胞。

那么，細(xì)胞為了完成各種功能，它的大小就沒有太多的選擇余地。美國杜克大學(xué)的研究人員通過模型算出了組成細(xì)胞的各種物質(zhì)的比例。細(xì)胞是由細(xì)胞膜、細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞核組成。細(xì)胞是一個(gè)球狀，如果細(xì)胞核DNA制作的信息(RNA和其他信息)需要輸送，一般是呈放射狀擴(kuò)散。因此包圍細(xì)胞核的細(xì)胞質(zhì)如果不持續(xù)地接受一定量的信息，就不能存活。通過這種關(guān)系，研究人員計(jì)算出，細(xì)胞質(zhì)內(nèi)的總信息量要與細(xì)胞直徑的5次方成正比。

另一方面，細(xì)胞核產(chǎn)生信息的能力也要與核的體積成正比，也即與細(xì)胞的體積成正比。經(jīng)過計(jì)算，發(fā)現(xiàn)細(xì)胞核信息的產(chǎn)生量應(yīng)當(dāng)與細(xì)胞直徑的3次方成正比。因此，細(xì)胞的信息生產(chǎn)能力和擴(kuò)散速度之間就有一種供需平衡的關(guān)系。如果細(xì)胞的直徑增大了一些，細(xì)胞體積也增加了，則細(xì)胞核的信息生產(chǎn)能力就會(huì)供不應(yīng)求；如果細(xì)胞的直徑減小了一些，細(xì)胞體積也會(huì)縮小，則細(xì)胞核生產(chǎn)的信息就會(huì)供大于求，造成浪費(fèi)。

所以，細(xì)胞的大小是由細(xì)胞核的信息生產(chǎn)能力和擴(kuò)散速度決定的，這就決定了細(xì)胞的直徑一般為10微米。這也就是為何大象和老鼠的細(xì)胞大小基本一致的原因。大象之所以大是因其器官大，而器官的大是由細(xì)胞的數(shù)量來決定，與細(xì)胞的數(shù)量成正比，而與細(xì)胞的大小無關(guān)。所以，這種現(xiàn)象也稱為“細(xì)胞體積的守恒定律”。

定向進(jìn)化有爭議

動(dòng)物的大與小既有優(yōu)點(diǎn)，也有劣勢，大象和老鼠就是典型的例子；

一般而言，動(dòng)物體型變大有多種優(yōu)勢，所以有人認(rèn)為自然界有向大型物體方向定向進(jìn)化的趨勢，原因在于大型動(dòng)物，如大象有諸多小型動(dòng)物所沒有的優(yōu)勢。例如，體型越大的動(dòng)物越能耐受饑餓，因?yàn)楫?dāng)它們饑餓時(shí)可以消耗體內(nèi)貯存的脂肪。此外，體型大的動(dòng)物行走的速度快，活動(dòng)的范圍大，因此能不斷移動(dòng)以尋求好的環(huán)境，所以，大型動(dòng)物應(yīng)對饑餓、寒冷、酷暑和干旱的能力也較強(qiáng)。當(dāng)然，大型動(dòng)物耐受干旱的能力也取決于它們從體表流失的水分相對較少。

正如上面所說，大象之所以大是因?yàn)榻M成其身體的細(xì)胞數(shù)量之多，其他大型動(dòng)物也是如此。由于細(xì)胞數(shù)量多，大型動(dòng)物就能夠把多余的細(xì)胞用于新機(jī)能的開發(fā)。此外，大型動(dòng)物的代謝率低于基準(zhǔn)水平，能量就有富余，可以用于充分發(fā)展智能，比如人和海豚。

此外，動(dòng)物的體型大也意味著強(qiáng)大，這是由其奔跑的速度和力量的強(qiáng)大所決定的，它們在生物圈中的競爭優(yōu)勢很明顯。在美國熱帶草原上，動(dòng)物的喝水就是根據(jù)體型的大小來劃分先后的。先是大象喝水，然后才是犀牛、河馬、斑馬等。

如此，就有一種推論，還是大象的生存能力強(qiáng)，而老鼠的生存能力差。而且，如果體型大是一件好事的話，自然界的進(jìn)化就會(huì)呈現(xiàn)定向進(jìn)化——世界上將來只會(huì)剩下大型動(dòng)物，如大象，不會(huì)有小動(dòng)物，如老鼠。但是，現(xiàn)實(shí)的情況并非如此，將來的情況也并非如此。

其實(shí)，現(xiàn)在地球上活得很好的動(dòng)物也有很多小型動(dòng)物，如老鼠，而且其數(shù)量和種群是大型動(dòng)物，如大象所不能比擬的。原因首先在于生物的多樣性，其次在于老鼠這種小動(dòng)物的特點(diǎn)。小型動(dòng)物的數(shù)量多、壽命短，在短時(shí)間內(nèi)發(fā)生變異并產(chǎn)生新物種的幾率更大。同時(shí)，由于小型動(dòng)物數(shù)量多，留下后代的幾率很大，它們以靈活機(jī)動(dòng)而著稱，也更適應(yīng)環(huán)境，這也是其生存的法寶。

所以，大象的大與老鼠的小既有差異，又有相似，還可以井水不犯河水。(文章代碼：101607)

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