添加链接
link之家
链接快照平台
  • 输入网页链接,自动生成快照
  • 标签化管理网页链接
养只哥斯拉,你每天要花多少伙食费?

养只哥斯拉,你每天要花多少伙食费?

4 年前 · 来自专栏 动物行星

哥斯拉是日本影史上最悠久,世界影史上公认最经典、最有名的怪兽角色,它的起源可比奥特曼悠久得多。它的体型巨大,堪比摩天大厦,但你也许不知道哥斯拉的体型一直都在变。

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。

历代哥斯拉高度对比 图片来源:Science杂志

这几天上映的《哥斯拉》的“红莲状态”体型更是达到了119.8米,也就是40层楼高,相当于中央电视台总部大楼的一半高,而体重为99634吨。

如果现实中真的存在哥斯拉这样体型巨大的生物,那么它要吃多少才吃得饱?接下来我们来科学分析一下。


想要计算哥斯拉的食量你得知道什么是异速增长关系

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,也就是 异速增长关系 。这一概念最早由朱利安·赫胥黎(Julian Huxley)于1932年提出。

这种关系可以用一个数学表达式表示:

  • E 为生物学变量(如动物的代谢率,可以理解为动物单位时间内消耗的能量);
  • M 为体型(一般用体重表示);
  • a 为常数
  • b 为函数幂(也称尺度因子)。

那么b值到底是多少呢?

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:b=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?

蝌蚪的变化 图片来源:giphy

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。

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。

上图为大象骨架,下图为斑尾袋鼬骨架,两者体型大小不一,骨骼大小也不一样,图片来源:Wikipedia

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,所以 这个b值是1以外的数值。

关于这个b值究竟是多少,不同科学家都提出了自己的想法。

生物学家Robert Henry Peters 在他的著作《体型的生态学意义》中,列出了1000多个异速增长公式以描述不同的动物特征与体重的关系。这些异速增长方程的尺度指数 b = 3/4 或 b=2/3。

《体型的生态学意义》 图片来源:Amazon.com
不同生物类群(包括单细胞生物)的代谢率与体重的关系 图片来源:Hemmingsen A M 1969, Rep Steno Mem Hosp Nordisk Insulinlaboratorium 9:1-110。

后来科学家通过各种途径验证异速增长规律,研究发现b=2/3或3/4都得到了理论和实验研究的支持。但由于b=2/3的物理基础的限制, 学者们近年来更倾向于b=3/4。

而这一观点最早提出者是动物能量和营养学家Max Kleiber,所以这一结论也被称为 Kleiber规律。公式表示为: E=70M^{\frac{3}{4}}

按照此结论,一只猫的重量是一只老鼠的100倍,它的代谢量比老鼠约大31倍。

不同物种的身体大小与代谢率之间的关系 Kleiber (1947). 图片来源:Wikipedia

99634吨重的哥斯拉一天得吃多少才管饱?

哥斯拉设定海报 图片来源:twitter

根据哥斯拉99634吨(转换为千克)的重量来算,按照 E=70M^{\frac{3}{4}} 来算它每天需要约69807762千卡左右的热量来维持生命,一个成年男性也就是2200左右千卡的热量,换言之哥斯拉一天所需的能量是一个成年男性的31731倍左右。

为了“吃饱”,它必须以鲸鱼和大白鲨为食,但这么做实在太费劲了,所以大家也不难理解这种骨骼奇异、身体强健的怪兽为什么会选择吃核弹头了,毕竟想吃到这些方便多了……


参考文献

1. zh.wikipedia.org/wiki/%

2. en.wikipedia.org/wiki/A

3. en.wikipedia.org/wiki/M

4. cambridge.org/core/book

5. cambridge.org/core/book


出品:科普中国

监制:中国科学院计算机网络信息中心


编辑于 2019-06-12 16:46

文章被以下专栏收录

    动物行星

    动物行星

    你以为是在讲动物,其实是在讲科学