生命已经在这个我们称之为地球的潮湿泥球上存在了大约35亿年,在这段时间里,大自然母亲设法诞出的最大的生物是蓝鲸。
坦率地说,我们有点失望。
不过,一头180吨,30米长的哺乳动物并不是微不足道的。那已经是很了不起的生命了。
我们相伴好莱坞的金刚级生物和震撼东京的怪兽长大,我们很好奇——怎样才能形成宇宙中真正的超大生命?
一个细胞能有多大?
好吧,那我们从细胞说起吧。生命都是从小长大的,所以为什么不用更大的细胞来制造更大的东西呢?
除了少数例外,没有显微镜的帮助,整个生物圈中大多数自我复制的细胞是无法直接用肉眼看到的。事实上,各种各样的原因,都基于化学和几何的原理。
以一个物体的表面积与它的体积的比率为例。当三维物体(如细胞)变大时,这个比例会变小,这意味着中间的粘液比其外层的膨胀速度更快。
每立方微米细胞的表面积减少,就像嘴巴跟不上生长的身体一样——它限制了重要营养物质和气体通过边界进入生长区域的速度。
这不是唯一的限制。还有结构问题。即使是大细胞,如果它们要复制的话,也需要在某些时候撬开其细胞膜和DNA。
对于大多数生物来说,这一过程的机制依赖于被称为微管的线状结构,它就像一个骨架,赋予细胞结构和运动方式。这也有助于限制细胞大小。
当然,进化可能会偶然发现突破生物工程极限的解决方案。以杉叶蕨为例。这种入侵的、快速生长的藻类抛弃了整个细胞理论的规则,认为多细胞生物并不是它的风格。
杉叶蕨(上图)有水生蕨类植物的外观,其叶长可达80厘米,但它实际上是一个巨大的细胞……如果对细胞的定义不加严格区分的话。例如,它仍然有多个细胞核,并拥有一群内共生细菌来帮助它吸收营养。
不过,就单细胞生物而言,它是一个真正的怪物。
说到怪物,(下图)被称为水手眼球的藻类也值得一提,因为它也是一个巨大的单细胞。
还有伞藻。虽然只有10厘米长,但它是最大的只有一个细胞核的单细胞生物之一。
所以细胞也可以变得很大,如果我们愿意重新思考什么才是细胞。
那么一株植物能长到多大呢?
大约2500年前,在美国的加利福尼亚州图拉雷县,一粒种子发芽了。如今,这棵小树苗高约超过80米,由近1500立方米的木材组成。
这是一个令人印象深刻的标本,巨型红杉甚至有一个名字:谢尔曼将军——地球上最大的树。
与被称为林赛溪红衫的庞然大物相比,即使是老将军也不过是一根小树枝。
林赛溪红衫是一种海岸红杉,一种可以追溯到恐龙诞生初期的古老物种。
它的体积高达2550立方米,高118.87米,是历史上有记录的最大的树。可悲的是,1905年的一场风暴把它带走了,否则它今天仍然可能是植物之王。
为了支撑如此可观的体积和达到令人目眩的高度,红杉进化出了一些技巧来克服限制。
一个限制是如何将水从地下输送到顶端。幸运的是,红杉非常适合它们在北美西海岸凉爽潮湿的栖息地,它们一半以上的水分都是通过树叶从翻滚的雾气中吸收的。
虽然它们的根通常很浅,但它们基底很宽,给它们提供了更坚实的支撑。
再加上复杂的基因组,这些红杉可以在几个世纪里不断地向更高的地方推进,相对容易地抵抗瘟疫和偶尔的火灾,像这样的红杉是真正的幸存者。
大自然也许有一天会造出更高的东西,但这可能不会很快发生。古老的红杉见证了时代的变化,因为气候的变化让水分更少,森林也受到火灾的威胁。
要想在地球上进化出更高的东西,还需要克服建造摩天大楼面临的一些工程问题。
目前,迪拜828米高的哈利法塔是世界上最高的建筑。我们有可能建得更高,突破1000米,但这样做需要更宽的支撑。
一棵更高的树需要克服类似的地面支撑方面的挑战,更不用说水分和养分的运输了。
而如果我们不关注高度,并愿意重新思考一株植物的定义,那么与真正的神一样的实体“潘多”相比,红杉只是一根牙签。
美国犹他州的鱼湖国家森林占地107英亩,是由数万棵颤杨组成的自然奇观,每棵树的基因都一模一样。在大多数情况下,这片由相同树干组成的森林可以被认为是一个有机体,一株被称为“潘多”的雄性白杨。
巨大的根、树干和树枝重达6000吨的质量,这基本上是地球上最大的生物之一。像红杉一样,它的时代也可能即将结束。虽然它已经存在了8万年,但最近似乎没有多少新的生长,这让研究人员怀疑可怜的潘多的日子不多了。
植物并不是地球上最大生物的唯一竞争者。庞大的蜜环菌菌丝网连接着一个巨大的生命体。
美国密歇根的一个蜜环菌样本占地90英亩,重约40万公斤。虽然没有潘多那么大,但它展示了真菌“巨大”的潜力,令人印象深刻。谁知道我们是否错过了其他隐藏在地下的巨人呢。
与进化一座山大小的野兽的相比,植物和巨型蘑菇是比较简单的。我们来看看动物能长到多大。
我们已知的最大陆地动物属于恐龙家族中的蜥脚类分支——巨大的四足动物,长着长长的脖子,用一条长尾巴来平衡,可以超过40米,重达70吨。
还能更大吗?
当一只动物的体积增加1倍,它的质量就会增加8倍。身体需要进化出不同的方式来承担这些额外的重量并运动起来——比如通过增加密度。这不仅需要更多的能量,还会给心脏和肺带来额外的压力。
蜥脚类恐龙发现了一种有效的身体结构,并很好地利用其来进食,它们旋转的头部游走寻找食物,而身体保持原地不动。
但除非我们想让怪兽以菠菜为食,否则它都需要捕食。
事实上,最大的肉食恐龙仅有15到16米长,可能比棘龙大不了多少。而且他们似乎更倾向于在河流中漂浮,等待大鱼游过。
这种方法是正确的,让水支撑住你的大屁股,让食物自己来到你身边。
在过去的几千万年间,鲸鱼已经完善了这种策略,它们的长度和围度基本上变成了吞噬浮游生物死亡的长管。有了海水的浮力,它们的骨头就不会承受那么大的重量,让它们的肌肉可以集中精力扑向一群营养丰富的甲壳类动物。
这种全力冲刺是值得的,这可能会获取大量的卡路里,不过磷虾的密度和可用性只能到此为止,这也对鲸鱼的巨大体型造成了限制。
基于目前的生理学原里,我们应该已经看到动物体积的最大可能性了,蓝鲸的心脏在觅食过程中已经在超负荷工作了。
要想形成一个真正的巨兽,不但需要一个重力较低、海洋较深或大气较厚的世界,还得有近距离的高热量供应,甚至可能需要一种营养物质运输的全新方式。
换句话说,根据目前对地球上生命的了解,我们想象中的哥斯拉的形态和实际的巨兽是截然不同的。
(独家编译:科幻世界)
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