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對大象為什麽不長毛的思考

或許是因為在電視、電影、繪本中已經司空見慣,很少有人意識到大象是最獨特的動物之壹。獨特到什麽程度?動物學家將多達5400種哺乳動物按照它們的親緣關系劃分為29個目,大象占了壹個目——長鼻目。長鼻子目現存的物種只有三種,分別是亞洲象、非洲叢林象和非洲森林象,沒有其他現存的物種可以和大象歸為同壹目。我們所屬的靈長類動物包含350個物種,我們的近親遠不止大象。

大象的獨特首先表現在體型上。它是現存最大的陸地動物,可以長到4米高,重達7噸,是排名第二的犀牛的兩倍。它的外形也很獨特,最引人註目的當然是它的長鼻子和巨大的耳朵。大象的另壹個很少有人註意到的特征是它的毛發極其稀少。有毛是哺乳動物的特征之壹。超過99%的陸地哺乳動物都有皮毛,大象是壹個罕見的例外。

壹位科學愛好者註意到了這壹點。收到他寫的壹篇題為《為什麽大象的體毛很稀疏》的小論文,大意是始祖鳥長成了大象身體上的毛囊密度自然會大大降低,大象的體毛當然也會變得稀疏。這個解釋經不起推敲。長得大不代表頭發變細了。事實上,壹萬年前滅絕的猛獁象有著濃密的長毛。如果有必要,現有的大象也可以穿毛。

猛獁象生活在寒帶,需要毛發禦寒;現有的大象生活在熱帶地區,沒有必要。所以大象不長毛的因素之壹就是氣候。然而,許多與大象生活在同壹地方的哺乳動物,如斑馬、長頸鹿和獅子,都有毛發。為什麽大象的體毛退化嚴重?

哺乳動物是溫血動物,其體溫必須維持在特定的溫度,才能保證正常的生理活動。比如大象的體溫必須維持在36攝氏度左右,過高過低都有生命危險。體熱是在細胞新陳代謝的過程中產生的,它們的總量幾乎是固定的,但環境的溫度是不斷變化的。如果溫度低於體溫,那麽就要防止身體熱量散失,這是頭發的主要功能;而如果溫度高於體溫,就要想辦法把身體的熱量散掉。

大象生活在地球上最熱的地區,因此如何散熱對大象來說比如何保暖更重要。由於身體的熱量來自細胞的代謝過程,所以細胞越多,產生的熱量就越多,也就是身體越大,產生的熱量就越多。身體熱量主要通過皮膚散發,體表面積越大,散熱越快。但是,動物變大了,體積和體表面積並不是同比例增加的:體積按立方增加,表面積按平方增加,體積的倍數增長比表面積快得多。如果妳吹壹個氣球,把它的半徑增加1倍,氣球的體積是8倍,表面積只有4倍。

由於體積和表面積不成比例的增長,考慮到大象龐大的體型,散熱成為了壹個極其嚴重的問題。大象的體型是獅子的30倍左右,即產生的體熱是獅子的30倍左右,但大象的皮膚總面積只有獅子的10倍左右,還有20倍的熱量要散發。所以大象不能像獅子壹樣保留阻礙散熱的體毛。同樣,排名第二的犀牛和排名第三的河馬也沒有體毛。

大象的體積大約是犀牛的兩倍,但其表面積只有犀牛的1.5倍左右。去掉體毛對犀牛來說足夠散熱,對大象來說不夠。壹定有其他方法幫助散熱。我們能做什麽?長著壹對巨大的耳朵。大象的耳朵不僅大,而且細。它們充滿了血管。當血液流經它們時,很容易散熱。特別是當耳朵被扇動時,更容易迅速降低耳朵內血液的溫度,可使血液溫度降低5攝氏度。冷卻的血液在體內循環,有助於降低體溫。

現存的三種大象中,亞洲象最小,生活在北方和森林中,氣溫較低;非洲叢林象是最大的,生活在溫度最高的向陽大草原;非洲森林象的體型和環境溫度介於前兩者之間。這三種大象中,非洲叢林象最大,非洲森林象次之,亞洲象最小,這與大象耳朵的主要功能是散熱的說法不謀而合。

猛獁象比現有的大象要大,但由於生活在冰天雪地的寒冷地帶,它面臨的主要問題是如何保暖,所以不僅需要披長毛,也不壹定要有大耳朵。的確,猛獁象比現存的大象更大,除了它們的小耳朵。已知最大的猛獁象的耳朵只有0.3米長,而非洲叢林象的耳朵可長達1.8米。可以看出,大象的大耳朵是作為散熱器進化而來的,它的其他功能(比如公象在爭奪配偶時會張開大耳朵示威)都是副產品。

生活在寒冷地區的動物壹般比生活在溫暖地區的同類動物大,這就是伯格曼定律。而寒冷地區動物的耳朵等突起壹般都比較小,這就是所謂的艾倫定律。這兩個原理其實都是表面現象的概括,真正的目的是保暖或者散熱。

大象雖然看起來很奇怪,但其實蘊含著壹個壹點都不奇怪的簡單科學道理。