方舟子

可能是由于在電視、電影、畫冊上已司空見慣，很少有人意識到，大象是最獨特的動物之一。獨特到什么程度呢？動物學(xué)家把多達5 400種哺乳動物根據(jù)其親緣關(guān)系的遠近很吝嗇地劃分為29個目，而大象就占了一個目——長鼻目。長鼻目僅僅含有3個現(xiàn)存物種，即亞洲象、非洲叢林象和非洲森林象，再也沒有別的現(xiàn)存物種能與大象劃入同一個目了。而我們?nèi)祟愃鶎俚撵`長目含有350個物種，我們的近親可比大象多多了。

大象的獨特首先表現(xiàn)在它的龐大上。它是現(xiàn)存最大的陸地動物，能長到高達4米、重達7噸，是排在第二位的犀牛的兩倍。它的身形也很獨特，最引人注目的當然是那長長的鼻子，以及巨大的耳朵。大象還有一個特征比較少有人注意到，那就是身上的毛發(fā)極其稀疏。身披毛發(fā)是哺乳動物的特征之一，99%以上的陸地哺乳動物都有毛發(fā)，大象是罕見的例外。

有研究者認為，始祖象的體型變大進化成大象后，身上毛囊的密度自然會大大降低，大象的體毛就變得稀疏了。這個解釋是經(jīng)不起推敲的。體型大并不意味著毛發(fā)就會變稀疏。實際上，已在1萬年前滅絕的猛犸象就長著濃密的長毛。如果有必要，現(xiàn)存的大象也可以身披毛發(fā)。

猛犸象生活在寒帶，需要毛發(fā)御寒，而現(xiàn)存大象都生活在熱帶，沒有這個必要。所以大象不長毛的一個因素，是氣候。但是，和大象生活在同一個地方的許多哺乳動物，例如斑馬、長頸鹿、獅子等都有毛發(fā)，為什么大象的體毛卻嚴重退化呢？

哺乳動物是恒溫動物，必須把體溫維持在一個特定的溫度才能保證正常的生理活動，比如大象的體溫必須維持在大約36攝氏度，過高或過低都有生命危險。體熱是在細胞代謝過程中產(chǎn)生的，它們的總量差不多是固定的，但是環(huán)境的溫度則是不斷在變化的。如果氣溫低于體溫，那么就要防止體熱散失，這是毛發(fā)的主要功能。而如果氣溫高于體溫，則要想辦法盡量把體熱散掉。

大象生活在地球最炎熱的地帶，如何散熱要比如何保溫更重要。既然體熱來源于細胞代謝過程，那么細胞越多，產(chǎn)生的熱量就越多，也就是說，身體體積越大，產(chǎn)熱越多。體熱的散發(fā)主要是通過皮膚進行的，身體表面積越大，散熱越快。但是，動物體型變大時，體積和身體表面積卻不是按相同比例增長的：體積按立方增大，而表面積按平方增大，體積的倍數(shù)增長要比表面積快得多。假如你吹一個氣球，讓其半徑增大1倍，這時候氣球的體積是原來的8倍，而表面積僅僅是原來的4倍。

由于體積和表面積不成比例地增長，考慮到大象體型的龐大，散熱就成了一個極其重要的問題。大象的體積大約是獅子的30倍，即產(chǎn)生的體熱大約是獅子的30倍，但是大象皮膚的總面積大約只是獅子的10倍，還有20倍的熱量須要設(shè)法散掉。因此不能像獅子那樣保留妨礙散熱的體毛。與此類似，體型排第二的犀牛、排第三的河馬，也是沒有體毛的。

大象的體積大約是犀牛的2倍，但是表面積僅僅是犀牛的1.5倍左右。把體毛去掉對犀牛來說是夠了，對大象來說還不夠，還必須有其他的辦法來幫助散熱。是什么辦法呢？對，長一對巨大的耳朵。大象的耳朵不僅大，而且薄，里面充滿了血管，血流經(jīng)這里，很容易就把熱量散發(fā)掉。特別是扇動起來，更容易把耳朵里血的溫度快速降下來，能讓血溫降低5攝氏度，冷卻的血在體內(nèi)循環(huán)，再幫助把全身的溫度降下來。

現(xiàn)存的3種大象，亞洲象體型最小，生活的地區(qū)比較靠近北方，又是生活在森林中，氣溫較低；非洲叢林象體型最大，生活在陽光暴曬的熱帶大草原，氣溫最高；非洲森林象的體型和所在的環(huán)境氣溫都介于二者之間。這3種象的耳朵，以非洲叢林象最大，非洲森林象其次，亞洲象最小，剛好與大象耳朵的主要功能是散熱的說法相符。

猛犸象的體型要比現(xiàn)存大象大，但是由于生活在冰天雪地的寒帶，它面臨的主要問題是如何保溫，因此不僅要身披長毛，而且耳朵也沒有必要很大。的確，猛犸象和現(xiàn)存大象相比，什么都大，就是耳朵很小。已知最大的猛犸象耳朵只有0.3米長，而非洲叢林象的耳朵最長可達1.8米。由此可見，大象的大耳朵是作為散熱器進化出來的，它的其他功能（例如雄象在爭奪配偶時會張大耳朵進行示威）則是副產(chǎn)物。

生活在寒冷地區(qū)的動物的體型一般要比生活在溫暖地區(qū)的同類動物大，這叫柏格曼法則。但是，寒冷地區(qū)的動物的耳朵等突出物則一般較小，這叫阿倫法則。這兩個法則其實都是對表面現(xiàn)象的概括，用來保溫或散熱才是真正的因素。

別看大象長得奇怪，其中蘊含的科學(xué)道理其實很簡單。

編輯/申冬梅endprint