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哥斯拉一天要吃多少才饱?

少儿编程网2019-06-27 14:23:48科普文章 人已围观 来源:科普中国

简介出品:科普中国  制作:苏澄宇(上海科技教育出版社)  监制:中国科学院计算机网络信息中心  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。    哥斯拉 图片来源:imdb  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

出品:科普中国

制作:苏澄宇(上海科技教育出版社)

监制:中国科学院计算机网络信息中心

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。

哥斯拉 图片来源:imdb

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 = aMb。

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= 70 M3/4

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

所以按照上面的理论,哥斯拉应该按照E= 70 M2/3来算,因为哥斯拉并不是哺乳动物,它的原型是一只蜥蜴。

根据哥斯拉99634吨的重量来算,它每天需要约9972537千卡的热量来维持生命,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4532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

https://zh.wikipedia.org/wiki/%E5%93%A5%E5%90%89%E6%8B%89_II_%E6%80%AA%E7%8D%B8%E4%B9%8B%E7%8E%8B

https://en.wikipedia.org/wiki/Allometry

https://en.wikipedia.org/wiki/Max_Kleiber

https://www.cambridge.org/core/books/ecological-implications-of-body-size/animal-abundance/1DB0FEA79142771A0E9D3FCE2B9FC7DC

https://www.cambridge.org/core/books/ecological-implications-of-body-size/animal-abundance/1DB0FEA79142771A0E9D3FCE2B9FC7DC


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