大象的大与老鼠的小

庄子曾说，夏虫不可以语于冰者，笃于时也。把这个概念用于大象和老鼠也是适用的。‘大象的体重有几吨，老鼠的体重才几十克，它们之间的差异达10万倍；大象可以活100年，而老鼠只能活2年，它们之间的差异是50倍。从这个意义来看，大象与老鼠的大与小是显而易见的，其实，这也是进化中的大与小问题。

　　

　　大象与老鼠的时间异同

　　

　　生物进化首先表现在时间上的不同，大的动物可能活得更长，小的动物则活得较短。从这点来看，大象与老鼠确实有不同，但是它们的某些时间又是相同的。所有哺乳动物，包括人，在时间和体重上都有一定的比侧关系。这里说的时间是生物或生理时间，例如，寿命、活动的时间、成长的时间、性成熟的时间、胎儿在母体内生长的时间等。但是，哺乳动物的时间首先与体重挂钩，它们的基本关系是，生物时间与体重的1／4次方成正比。1／4次方即平方根的平方根，当动物的体重变为原来的16倍时，时间(寿命)就会变为原来的2倍。

　　以哺乳动物做事的时间来看，体重越重的动物，做事情花费的时间就越多，所以大象的动作笨拙而缓慢，老鼠的动作灵敏而快捷。大象孕育胎儿的时间为18～22个月，大约是其体重的1／4次方；老鼠的孕期约为1个月，胎儿在母体内的时间大约也是其体重的1／4次方。不仅如此，动物性成熟的时间、寿命的时间等也都遵循这种1／4次方的法则。

　　从这里我们似乎可以找到大象与老鼠生命时间不同的原因。因为，寿命是由生物周期来决定的，生物周期又是根据生物的体重来决定的。因此，体重越大的动物，生命循环(包括各种生理活动循环)一次的时间较长，因而寿命就较长。老鼠这种体重较轻的动物寿命就会较短。

　　由于老鼠的生命寿限较短，所以大象在老鼠面前完全有“夏虫不可以语于冰”的优越。那么，它们都活完一生后，在时间上有如此大的差异，在感觉上就可能有完全不同的“人生”。不过，子非鱼，又焉知鱼之不乐?因为，这只是大动物和小动物在时间上的差异。

　　但是，无论动物的大与小，在时间的某些方面它们又有惊人的相似性。而这个时间则是动态的，主要是动物器官总的运动次数。例如，如果把动物的任意两个与时间有关的现象相除的话，这种时间就会很相似，而与动物的体重无关。如果用心跳间隔除以呼吸间隔，在每次呼吸间隔里，心脏会跳动4次。无论是大象还是老鼠，这种器官的活动时间是相同的。而且，用寿命除以心跳间隔，每种哺乳动物一生的心跳都是约20亿次。只不过，大象可以活100年，它在单位时间内的心跳较为缓慢；而老鼠只活约2年，它在单位时间内的心跳次数则会较多。

　　

　　细胞大小的异同

　　

　　我们都知道，生物的基本组成要素是细胞，再由细胞形成组织和器官，由器官组成系统，从而完成各种生理功能。既然大象比老鼠的体重要重约10万倍，那么，它们身体和器官的组成要素——细胞也许会有较大的差异，当然是大象的细胞大，而老鼠的细胞小。

　　如果以此来推断，就有点想当然了。其实，大象的细胞与老鼠的细胞都差不多一样大，细胞的直径一般为10微米。不仅如此，各种动物的各种细胞大小也都基本一致，即大象的心脏细胞与老鼠的心脏细胞差不多一样大，大象的大脑细胞也与小鼠的大脑细胞差不多一样大。这是为什么?

　　大象之所以大，是因为细胞特别多；老鼠特别小是因为细胞特别少。不过，这也不能深入解答为何大象和老鼠的细胞都一样大，以及所有哺乳动物的细胞都一样大的问题。由此，也引出了一个重要问题，细胞的大小由什么决定?

　　要回答这个问题，就要从细胞的组成谈起。人体约有1亿个细胞，如同其他动物的细胞一样，每个细胞都有一个细胞核(DNA)，其中包含了遗传信息，这是最重要的，因为只有细胞核中的遗传信息才能让每种生物繁衍和世代相传。而且，每个细胞的细胞核中的遗传信息都是一样的。如此看来，生物包括人的遗传信息就是在大量的细胞中大量地重复。那么，动物为何要选择如此繁复的方式把遗传信息传递下去呢?

　　假如换一种方式，比如，每个人就是一个大细胞，只含有一个细胞核，再由细胞核中的遗传信息产生核糖核酸(RNA)，后者是蛋白质的设计图，再把这种设计图运送到全身各处，各处的组织按RNA的蓝图来生产蛋白质。如果这样，生物就需要有一个巨大的畅通的输送系统。但是，RNA是不能靠扩散来运输的，因为，即使是像酶那样比RNA还小的分子通过扩散的输送最大距离也只有1～2厘米。而像RNA这样的大分子的扩散系数只有氧的1／100，所以最大的扩散距离也只有几十微米。

　　显而易见，要把遗传信息和加工程序输送到全身，生物就必须要有庞大的运输系统，这显然会让生物不堪重负。于是，生物就选择了另一种方式，通过在全身各个角落都拥有大量的DNA，再由DNA产生RNA来完成遗传信息的复制和传递。但是，光有DNA是不行的，因为裸露的DNA容易受到破坏，因此还必须把DNA装在一个类似袋子的器具中，这个器具就是细胞。

　　那么，细胞为了完成各种功能，它的大小就没有太多的选择余地。美国杜克大学的研究人员通过模型算出了组成细胞的各种物质的比例。细胞是由细胞膜、细胞质和细胞核组成。细胞是一个球状，如果细胞核DNA制作的信息(RNA和其他信息)需要输送，一般是呈放射状扩散。因此包围细胞核的细胞质如果不持续地接受一定量的信息，就不能存活。通过这种关系，研究人员计算出，细胞质内的总信息量要与细胞直径的5次方成正比。

　　另一方面，细胞核产生信息的能力也要与核的体积成正比，也即与细胞的体积成正比。经过计算，发现细胞核信息的产生量应当与细胞直径的3次方成正比。因此，细胞的信息生产能力和扩散速度之间就有一种供需平衡的关系。如果细胞的直径增大了一些，细胞体积也增加了，则细胞核的信息生产能力就会供不应求；如果细胞的直径减小了一些，细胞体积也会缩小，则细胞核生产的信息就会供大于求，造成浪费。

　　所以，细胞的大小是由细胞核的信息生产能力和扩散速度决定的，这就决定了细胞的直径一般为10微米。这也就是为何大象和老鼠的细胞大小基本一致的原因。大象之所以大是因其器官大，而器官的大是由细胞的数量来决定，与细胞的数量成正比，而与细胞的大小无关。所以，这种现象也称为“细胞体积的守恒定律”。

　　

　　定向进化有争议

　　

　　动物的大与小既有优点，也有劣势，大象和老鼠就是典型的例子；

　　一般而言，动物体型变大有多种优势，所以有人认为自然界有向大型物体方向定向进化的趋势，原因在于大型动物，如大象有诸多小型动物所没有的优势。例如，体型越大的动物越能耐受饥饿，因为当它们饥饿时可以消耗体内贮存的脂肪。此外，体型大的动物行走的速度快，活动的范围大，因此能不断移动以寻求好的环境，所以，大型动物应对饥饿、寒冷、酷暑和干旱的能力也较强。当然，大型动物耐受干旱的能力也取决于它们从体表流失的水分相对较少。

　　正如上面所说，大象之所以大是因为组成其身体的细胞数量之多，其他大型动物也是如此。由于细胞数量多，大型动物就能够把多余的细胞用于新机能的开发。此外，大型动物的代谢率低于基准水平，能量就有富余，可以用于充分发展智能，比如人和海豚。

　　此外，动物的体型大也意味着强大，这是由其奔跑的速度和力量的强大所决定的，它们在生物圈中的竞争优势很明显。在美国热带草原上，动物的喝水就是根据体型的大小来划分先后的。先是大象喝水，然后才是犀牛、河马、斑马等。

　　如此，就有一种推论，还是大象的生存能力强，而老鼠的生存能力差。而且，如果体型大是一件好事的话，自然界的进化就会呈现定向进化——世界上将来只会剩下大型动物，如大象，不会有小动物，如老鼠。但是，现实的情况并非如此，将来的情况也并非如此。

　　其实，现在地球上活得很好的动物也有很多小型动物，如老鼠，而且其数量和种群是大型动物，如大象所不能比拟的。原因首先在于生物的多样性，其次在于老鼠这种小动物的特点。小型动物的数量多、寿命短，在短时间内发生变异并产生新物种的几率更大。同时，由于小型动物数量多，留下后代的几率很大，它们以灵活机动而著称，也更适应环境，这也是其生存的法宝。

　　所以，大象的大与老鼠的小既有差异，又有相似，还可以井水不犯河水。(文章代码：101607)

　　【责任编辑】张田勘