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为什么电影中巨兽不可能存在?

图片:DariuszSankowski / CC0

苏澄宇,动物科学 / 动物营养 / 冷门问题收割者

生物学中有一个概念叫“异速增长关系”,即

生物的行为、形态以及所需能量等生理特征与体型之间存在着一种定量关系,也就是说这些生物学特征会随着生物体型的变化而产生定量的变化,而且这个变化不是成比例的。

这一概念最早由朱利安·赫胥黎(Julian Huxley)于1932年提出,可以用一个数学表达式表示E=70M^{\frac{3}{4}}

  • E 为生物学变量(如动物的代谢率,可以理解为动物单位时间内消耗的能量);
  • M 为体型(一般用体重表示);
  • 3/4 为函数幂(也称尺度因子)。


生物的行为、形态和生理等特征与体型不是等比例增长。先假设生物学变量与体型是线性关系,也就是生物的体型越大,生物学变量值也就越大,则:尺度因子=1;

这种情况在自然界是存在的,但是有前提的。举个例子,青蛙除了在蜕变后的几周的短暂时期外都是线性生长的,是等比例的。但这种线性生长并不是长期的,为什么?

线性增长的关系是由平方-立方定律决定的。当一个生物体的长度翻倍时,那么它的表面积将是原来的4倍,而它的体积和质量将是原来的8倍。

但在现实中这样的生物会出现很多问题。

先假设动物体型翻了一倍,现在有8倍的生物组织来支持它的生存,但是如果按照前面的说法,它的呼吸器官表面积应该变成原来4倍,那么它的身体供需关系就会出现不匹配的情况,原有的呼吸器官提供的氧气就不足以维持现有的体型能量消耗。

同样,当我们翻倍动物的体型时,骨头的面积是原来2倍,而质量却变成了8倍,这是完全不合适的伽俐略在其《关于两个新科学的对话》中讨论的典型例子就是关于兽类骨骼,即其骨骼因身体尺寸增加而会变得更强健和增大。

后来,工程师托马斯·麦克马洪扩展了伽利略的观测范围。他测量了一些博物馆的动物标本,发现腿骨直径的变化可以用一个异速增的关系式来描述:即腿骨直径是其身高的3/2次方。这个指数导致较大的动物骨骼相对较粗。

例如,大象的股骨虽然是狗的10倍长,但却是比狗的粗20倍。这种骨骼比例关系被称为“弹性相似”,这种骨骼比例的变化有助于保持恒定的应力,从而抵御欧拉失稳。

如下图所示,拿大象的照片和斑尾袋鼬的照片放大到同等大小去比较,很容易发现大象的腿要粗得多。如果真的把斑尾袋鼬按照自身的比例放大到大象那么大,按照上一段中的分析,它一定站不起来,而大象为了能站立,它的腿必须很粗才行。

所以生物的行为、形态和生理等特征与体型之间的关系不会是完全等比例的,也就是异速增长,而非等速增长。


接下来,我们拿哥斯拉这个巨兽来举例。

电影中的哥斯拉体型的增长几乎是等比例的,下图可见,就从这点来看已经很不科学了。

从1954年初代哥斯拉诞生以来,哥斯拉的体型也发生这变化,一、二代哥斯拉的身高为50米,三代身高为80米,四、五代为100米,之后的六、七、八、九、十代又回到了初始设定50米左右,到了最新的几代又变大到110米左右。

而且这个吨位估计也是瞎鸡儿编出来的,根本不符合异速增长规律。

比如,在它91.5米的时候,设定中的哥斯拉的质量接近24000吨。

然而,从动物学的角度来看,很明显,这种吨位对于如此庞大的巨兽来说是非常小的。它看起来不切实际的瘦。现存的1-300公斤以上的自然动物,都会随着体型大小的增加而逐渐变得更结实。


结论:因为电影中的巨兽不符合异速增长关系,所以不可能存在。

想了解更多可以看这篇论文,具体介绍了哥斯拉这种巨兽为什么不科学:

Godzilla from a Zoological Perspective

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