由于體積和表面積不成比例的增長,考慮到大象體形的龐大,散熱就成了一個極其嚴(yán)重的問題。大象的體積大約是獅子的30倍,即產(chǎn)生的體熱大約是獅子的30倍,但是大象皮膚總面積大約只是獅子的10倍,還有20倍的熱量需要設(shè)法散掉。因此,大象不能像獅子那樣保留妨礙散熱的體毛。與此類似,體形排第二的犀牛、排第三的河馬,也是沒有體毛的。
大象的體積大約是犀牛的2倍,但是表面積僅僅是犀牛的大約1.5倍。把體毛去掉,對犀牛來說,用于散熱是夠了,但是對大象還不夠,必須有其他辦法來幫助散熱。什么辦法呢?長一對巨大的耳朵。大象的耳朵不僅大,而且薄,里面充滿了血管,血流經(jīng)這里,很容易就把熱量散發(fā)了。特別是耳朵扇動起來,更容易把耳朵里的血的溫度快速降下來,能讓血溫降低5攝氏度。冷卻的血在體內(nèi)循環(huán),幫助把全身的溫度降下來。
現(xiàn)存的三種大象,亞洲象體形最小,生活的地區(qū)比較靠北方,又是生活在森林中,氣溫較低;非洲叢林象體形最大,生活在陽光暴曬的熱帶大草原,氣溫最高;非洲森林象的體形和所在的環(huán)境氣溫都介于前兩者之間。這三種象的耳朵,以非洲叢林象最大,非洲森林象其次,亞洲象最小,剛好與大象耳朵的主要功能是散熱的說法相符。
猛犸象的體形要比現(xiàn)存大象大,但是由于生活在冰天雪地的寒帶,它面臨的主要問題是如何保溫,因此不僅要身披長毛,而且耳朵也沒有必要很大。的確,猛犸象和現(xiàn)存大象相比,什么都大,就是耳朵很小。已知最大的猛犸象耳朵只有0.3米長,而非洲叢林象的耳朵可以長達(dá)1.8米。由此可見,大象的大耳朵是作為散熱器進(jìn)化出來的,它的其他功能(例如,雄象在爭奪配偶時會張大耳朵進(jìn)行示威)則是副產(chǎn)物。
生活在寒冷地區(qū)的動物的體形一般要比生活在溫暖地區(qū)的同類動物大,這叫柏格曼法則。但是,寒冷地區(qū)的動物的耳朵等突出物則一般比較小,這叫阿倫法則。這兩個法則其實都是對表面現(xiàn)象的概括,為了保溫或散熱才是真正的目的。
別看大象長得奇怪,其實蘊(yùn)涵著一點兒也不奇怪的簡單的科學(xué)道理。
孔雀為什么長著大尾巴
我們一想起孔雀,首先想到的是它那又長又大的美麗的尾羽,其實這是雄孔雀的性征。為什么雄孔雀要長這么好看的大尾巴?似乎連小學(xué)生都知道答案:為了吸引雌孔雀。但是,答案并非如此簡單。首先注意到這個問題的復(fù)雜性的是達(dá)爾文。長一個鮮艷的大尾巴對孔雀的生存一點兒也沒有好處,甚至有很大的壞處:它要浪費(fèi)很多能量,妨礙孔雀的活動,使孔雀容易被天敵發(fā)現(xiàn)和捕捉到。根據(jù)達(dá)爾文提出的自然選擇學(xué)說,這種對生存不利的特征應(yīng)該被淘汰掉才對。但是,為什么雄孔雀,以及許多種類的雄鳥,都會進(jìn)化出這些不利于生存的第二性征呢?