大象的大與老鼠的小

莊子曾說，夏蟲不可以語于冰者，篤于時也。把這個概念用于大象和老鼠也是適用的。‘大象的體重有幾噸，老鼠的體重才幾十克，它們之間的差異達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。從這個意義來看，大象與老鼠的大與小是顯而易見的，其實，這也是進化中的大與小問題。

大象與老鼠的時間異同

生物進化首先表現在時間上的不同，大的動物可能活得更長，小的動物則活得較短。從這點來看，大象與老鼠確實有不同，但是它們的某些時間又是相同的。所有哺乳動物，包括人，在時間和體重上都有一定的比側關系。這里說的時間是生物或生理時間，例如，壽命、活動的時間、成長的時間、性成熟的時間、胎兒在母體內生長的時間等。但是，哺乳動物的時間首先與體重掛鉤，它們的基本關系是，生物時間與體重的1／4次方成正比。1／4次方即平方根的平方根，當動物的體重變為原來的16倍時，時間(壽命)就會變為原來的2倍。

以哺乳動物做事的時間來看，體重越重的動物，做事情花費的時間就越多，所以大象的動作笨拙而緩慢，老鼠的動作靈敏而快捷。大象孕育胎兒的時間為18～22個月，大約是其體重的1／4次方；老鼠的孕期約為1個月，胎兒在母體內的時間大約也是其體重的1／4次方。不僅如此，動物性成熟的時間、壽命的時間等也都遵循這種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間不同的原因。因為，壽命是由生物周期來決定的，生物周期又是根據生物的體重來決定的。因此，體重越大的動物，生命循環(包括各種生理活動循環)一次的時間較長，因而壽命就較長。老鼠這種體重較輕的動物壽命就會較短。

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”的優越。那么，它們都活完一生后，在時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?因為，這只是大動物和小動物在時間上的差異。

但是，無論動物的大與小，在時間的某些方面它們又有驚人的相似性。而這個時間則是動態的，主要是動物器官總的運動次數。例如，如果把動物的任意兩個與時間有關的現象相除的話，這種時間就會很相似，而與動物的體重無關。如果用心跳間隔除以呼吸間隔，在每次呼吸間隔里，心臟會跳動4次。無論是大象還是老鼠，這種器官的活動時間是相同的。而且，用壽命除以心跳間隔，每種哺乳動物一生的心跳都是約20億次。只不過，大象可以活100年，它在單位時間內的心跳較為緩慢；而老鼠只活約2年，它在單位時間內的心跳次數則會較多。

細胞大小的異同

我們都知道，生物的基本組成要素是細胞，再由細胞形成組織和器官，由器官組成系統，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——細胞也許會有較大的差異，當然是大象的細胞大，而老鼠的細胞小。

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

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

要回答這個問題，就要從細胞的組成談起。人體約有1億個細胞，如同其他動物的細胞一樣，每個細胞都有一個細胞核(DNA)，其中包含了遺傳信息，這是最重要的，因為只有細胞核中的遺傳信息才能讓每種生物繁衍和世代相傳。而且，每個細胞的細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胞中大量地重復。那么，動物為何要選擇如此繁復的方式把遺傳信息傳遞下去呢?

假如換一種方式，比如，每個人就是一個大細胞，只含有一個細胞核，再由細胞核中的遺傳信息產生核糖核酸(RNA)，后者是蛋白質的設計圖，再把這種設計圖運送到全身各處，各處的組織按RNA的藍圖來生產蛋白質。如果這樣，生物就需要有一個巨大的暢通的輸送系統。但是，RNA是不能靠擴散來運輸的，因為，即使是像酶那樣比RNA還小的分子通過擴散的輸送最大距離也只有1～2厘米。而像RNA這樣的大分子的擴散系數只有氧的1／100，所以最大的擴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輸系統，這顯然會讓生物不堪重負。于是，生物就選擇了另一種方式，通過在全身各個角落都擁有大量的DNA，再由DNA產生RNA來完成遺傳信息的復制和傳遞。但是，光有DNA是不行的，因為裸露的DNA容易受到破壞，因此還必須把DNA裝在一個類似袋子的器具中，這個器具就是細胞。

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

另一方面，細胞核產生信息的能力也要與核的體積成正比，也即與細胞的體積成正比。經過計算，發現細胞核信息的產生量應當與細胞直徑的3次方成正比。因此，細胞的信息生產能力和擴散速度之間就有一種供需平衡的關系。如果細胞的直徑增大了一些，細胞體積也增加了，則細胞核的信息生產能力就會供不應求；如果細胞的直徑減小了一些，細胞體積也會縮小，則細胞核生產的信息就會供大于求，造成浪費。

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

定向進化有爭議

動物的大與小既有優點，也有劣勢，大象和老鼠就是典型的例子；

一般而言，動物體型變大有多種優勢，所以有人認為自然界有向大型物體方向定向進化的趨勢，原因在于大型動物，如大象有諸多小型動物所沒有的優勢。例如，體型越大的動物越能耐受饑餓，因為當它們饑餓時可以消耗體內貯存的脂肪。此外，體型大的動物行走的速度快，活動的范圍大，因此能不斷移動以尋求好的環境，所以，大型動物應對饑餓、寒冷、酷暑和干旱的能力也較強。當然，大型動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，大象之所以大是因為組成其身體的細胞數量之多，其他大型動物也是如此。由于細胞數量多，大型動物就能夠把多余的細胞用于新機能的開發。此外，大型動物的代謝率低于基準水平，能量就有富余，可以用于充分發展智能，比如人和海豚。

此外，動物的體型大也意味著強大，這是由其奔跑的速度和力量的強大所決定的，它們在生物圈中的競爭優勢很明顯。在美國熱帶草原上，動物的喝水就是根據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，而老鼠的生存能力差。而且，如果體型大是一件好事的話，自然界的進化就會呈現定向進化——世界上將來只會剩下大型動物，如大象，不會有小動物，如老鼠。但是，現實的情況并非如此，將來的情況也并非如此。

其實，現在地球上活得很好的動物也有很多小型動物，如老鼠，而且其數量和種群是大型動物，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物的特點。小型動物的數量多、壽命短，在短時間內發生變異并產生新物種的幾率更大。同時，由于小型動物數量多，留下后代的幾率很大，它們以靈活機動而著稱，也更適應環境，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)

【責任編輯】張田勘