大象为什么不长毛?

12 10 2007年

可能是由于在电视、电影、画册上已司空见惯,很少有人意识到,大象是最独特的动物之一。独特到什么程度呢?动物学家把多达5400种的哺乳动物根据其亲缘关系的远近很吝啬地划分为29个目,而大象就占了一个目——长鼻目。长鼻目仅仅含有三个现存物种,即亚洲象、非洲丛林象和非洲森林象,再也没有别的现存物种能与大象划入同一个目。而我们人类所属的灵长目含有350个物种,我们的近亲可比大象多多了。

大象的独特首先表现在它的庞大。它是现存最大的陆地动物,能长到高达4米,重达7吨,是排在第二位的犀牛的两倍。它的形状也很独特,最引人注目的当然是那长长的鼻子,以及巨大的耳朵。大象还有一个特征比较少有人注意到,那就是身上的毛发极其稀疏。身披毛发是哺乳动物的特征之一,99%以上的陆地哺乳动物都有皮毛,大象是罕见的例外。

有一个科学爱好者注意到了这一点。我收到他写的题为《大象的体毛为何非常稀疏》的小论文,大意是说始祖象的体型变大进化成大象后,身上毛囊的密度自然会大大降低,大象的体毛当然会变得稀疏了。这个解释是经不起推敲的。体型大并不意味着毛发就变稀疏。实际上,已在1万年前灭绝的猛犸象就长着浓密的长毛。如果有必要,现存的大象也可以身披毛发。

猛犸象生活在寒带,需要毛发御寒,而现存大象都生活在热带,没有这个必要。所以大象不长毛的一个因素,是气候。但是,和大象生活在同一个地方的许多哺乳动物,例如斑马、长颈鹿、狮子,都有毛发,为什么大象的体毛却严重退化呢?

哺乳动物是恒温动物,必须把体温维持在一个特定的温度才能保证正常的生理活动,比如大象的体温必须维持在大约36摄氏度,过高或过低都有生命危险。体热是在细胞代谢过程中产生的,它们的总量差不多是固定的,但是环境的温度则是不断在变化的。如果气温低于体温,那么就要防止体热散失,这是毛发的主要功能。而如果气温高于体温,则要想办法尽量把体热散掉。

大象生活在地球最炎热的地带,如何散热要比如何保温更重要。既然体热来源于细胞代谢过程,那么细胞越多,产生的热量就越多,也就是说,身体体积越大,产热越多。体热的散发主要是通过皮肤进行的,身体表面积越大,散热越快。但是,动物体型变大时,体积和身体表面积却不是按相同的比例增长的:体积按立方增大,而表面积按平方增大,体积的倍数增长要比表面积快得多。假如你吹一个气球,让其半径增大1倍,这时候气球的体积是原来的8倍,而表面积仅仅是原来的4倍。

由于体积和表面积不成比例的增长,考虑到大象体型的庞大,散热就成了一个极其严重的问题。大象的体积大约是狮子的30倍,即产生的体热大约是狮子的30倍,但是大象皮肤总面积大约只是狮子的10倍,还有20倍的热量需要设法散掉。因此不能像狮子那样保留妨碍散热的体毛。与此类似,体型排第二的犀牛、排第三的河马,也是没有体毛的。

大象的体积大约是犀牛的2倍,但是表面积仅仅是犀牛的大约1.5倍。把体毛去掉对犀牛是够了,对大象还不够,还必须有其他的办法来帮助散热。什么办法呢?长一对巨大的耳朵。大象的耳朵不仅大,而且薄,里面充满了血管,血流经这里,很容易就把热量散发了。特别是扇动起来,更容易把耳朵里的血的温度快速将下来,能让血温降低5摄氏度,冷却的血在体内循环,帮助把全身的温度降下来。

现存的三种大象,亚洲象体型最小,生活的地区比较靠北方,又是生活在森林中,气温较低;非洲丛林象体型最大,生活在阳光暴晒的热带大草原,气温最高;非洲森林象的体型和所在的环境气温都介于二者之间。这三种象的耳朵,以非洲丛林象最大,非洲森林象其次,亚洲象最小,刚好与大象耳朵的主要功能是散热的说法相符。

猛犸象的体型要比现存大象大,但是由于生活在冰天雪地的寒带,它面临的主要问题是如何保温,因此不仅要身披长毛,而且耳朵也没有必要很大。的确,猛犸象和现存大象相比,什么都大,就是耳朵很小。已知最大的猛犸象耳朵只有0.3米长,而非洲丛林象的耳朵可以长达1.8米。由此可见大象的大耳朵是做为散热器进化出来的,它的其他功能(例如雄象在争夺配偶时会张大耳朵进行示威)则是副产物。

生活在寒冷地区的动物的体型一般要比生活在温暖地区的同类动物大,这叫柏格曼法则。但是,寒冷地区的动物的耳朵等突出物则一般比较小,这叫阿伦法则。这两个法则其实都是对表面现象的概括,为了保温或散热才是真正的因素。

别看大象长得奇怪,其实蕴含着一点也不奇怪的简单的科学道理。

2007.10.3.

(《中国青年报》2007.10.10)

(XYS20071011)

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21篇回复 to “大象为什么不长毛?”

12 10 2007年
Undofala (09:50:04) :

由RNA转译为蛋白质叫遗传~~
由蛋白质调控RNA,DNA叫自然选择~~

12 10 2007年
12345 (09:57:06) :

长颈鹿呢?它的体型不小,但有毛发,耳朵也不大.

12 10 2007年
Googol (11:02:58) :

长颈鹿的脖子长,但是应该属于一维延展,表面积的增加大于体积的增加。这个更准确的方法应该是去算体积/面积比,这个比值大的,应该趋向于解决散热问题,这个比值小的,趋向于解决保暖问题(仅就同气候环境下的动物)。

另外,大象争偶时展示大耳朵,是不是也是在向异性显示自己有优良的散热基因?纯粹猜测,呵呵。

12 10 2007年
虚伪的大爷 (11:36:48) :

终于又可以留言了。

12 10 2007年
虚伪的大爷 (11:40:30) :

大快人心事,林光常被起诉。

12 10 2007年
(17:04:11) :

方舟子这个博客太难登录了,今天好不容易上来,99%都告诉我“网页无法显示”。
又看见”虚伪的大爷”,真高兴!但愿还能看见其他在牛博网时的同仁们。

12 10 2007年
Fresco (20:43:46) :

我认为这句也许有点问题:

[quote]如果气温低于体温,那么就要防止体热散失,这是毛发的主要功能。而如果气温高于体温,则要想办法尽量把体热散掉。[/quote]

我认为,细胞是不断产生热量的,所以气温低于体温不意味着要防止体热散失。只有体热散失速度大于体热产生速度时,才需要防止体热散失。而即使气温比体温低,但体热散失速度小于体热产生速度时,也要想办法尽量把体热散掉。毕竟,大冬天里跑步后出汗也是很常见的,出汗也是一种方法。

13 10 2007年
刘四维 (00:47:09) :

方舟子先生你好,最近北京有一种新的保健品,号称是李嘉诚的合作者“中国著名科学家
生命信息调控技术(Tech - BIA)创始人
长江生命科技研究所所长、
首席科学家
长江生命科技集团第三大股东
三安科技集团董事局主席兼总裁
免疫和谐康复法倡导者
“三安模式”和“三安食品标准”创立者
愿意给8亿农民打工的科学家
积极推动中国新农村建设的企业家 ”

名字叫张令玉的人,在北京卖的一种叫做“奇力升”的保健品。

这种保健品主打的成分是“牡荆素与异牡荆素”,号称是“国际公认的具有保护心血管、清楚自由基、抑制肿瘤细胞生长、稳定神经等多种功能的活性物质”。

而且下面还标注这两种物质提取困难,价格甚至是黄金的20000倍(原文)。

而我通过看你的《科学成就健康》发现,其中有很多用烂的老噱头,而且上网查到,绿豆中就含有此两种物质。

而网上查到张令玉此人,生平与简历也颇受质疑。

但我母亲沉迷此保健品无法自拔,我向她说明以上这些,反而被她以“你懂什么,你又不是医生,我们那里有很多医生也在做”为理由反斥。

请求您为我分析此物是否真如他们所说一般,还是说却是如我推理的一般是骗人的玩意。

附上他们的网址:http://www.deruitang.com/

另外,我本人的信息如果您有需要,请您发信到我的个人邮箱:zhendugu@hotmail.com索要,我私下发给您。

望您忙碌中可以留意此信,谢谢。

13 10 2007年
jianlaing (17:14:56) :

人为什么不长毛?

14 10 2007年
老ACT (09:17:52) :

仅仅从散热的角度来看,大象不长毛可能还和皮厚有关(大象的天敌是狮子还有豹等,主要靠撕咬大象来与大象格斗,皮厚可以起到适当的保护作用).皮厚热阻大,不易散热,就只好将毛脱去以减少热阻(另外大象的肉皮松弛有利于散热,原理与散热片的原理类似).

另外动物的形状更接近圆柱形,不是球形.如果为了散热可以向瘦长型上发展(增加长度,而保持半径基本不变),这样可以增加表面积与体积的比值.

狮豹虎等都是靠捕捉其他动物而猎取食物,所以需要瘦长以跑得快(最快的非洲豹速度可以达到100公里的时速),也是表面与体重比值较小的根本原因.这些动物的皮肤相对大象也薄得多.

有很多动物即使个大并生长在热带,也有毛,这些动物的皮肯定比大象薄并属于瘦长型.有些粗胖型的小动物有时也没毛.有的随季节脱毛(例如梅花鹿夏天脱毛).

14 10 2007年
khazar (10:25:08) :

人不长毛但是可以穿衣服。人造物比器官有效。

14 10 2007年
问题 (18:46:57) :

“生活在寒冷地区的动物的体型一般要比生活在温暖地区的同类动物大”
北方人却比南方人高大哦,呵呵。
要把道理讲清楚,请明白并不是那么容易的事情哦。

14 10 2007年
MP (20:42:22) :

方老师原来对毛这么有研究,我很小就有个疑问,为什么人身上某些地方还是有浓密的体毛的呢?

15 10 2007年
我来说两句 (10:14:39) :

我看上边的解释有问题,那你能解释下为什么同是脯乳动物,外国人的体毛就长,亚洲人的体毛就少呢?

18 10 2007年
燕小六 (00:53:39) :

谁说大象不长毛?有什么科学和事实依据?我可是亲眼看到大象是长毛的,虽然很稀疏也不能说人家不长啊?老方你这次可不科学啊!

21 10 2007年
panggoogle (12:01:39) :

真的长毛吗?我见到的大象没见到毛啊.大象的皮就象干树皮似的.楼上的说话要负责任啊.

22 10 2007年
tiandi (03:19:57) :

大象无形?还是无毛?大象是有毛的吧?哺乳类的鲸鱼没有毛吧,水里不用出汗的,呵呵。

29 12 2007年
frank (15:10:05) :

文末说到:“生活在寒冷地区的动物的体型一般要比生活在温暖地区的同类动物大,这叫柏格曼法则。”,但是在前边却也说到:“现存的三种大象,亚洲象体型最小,生活的地区比较靠北方”,前后有些矛盾啊。

29 12 2007年
方舟子 (22:57:00) :

亚洲象生活在热带,并非寒冷地区。

14 07 2010年
sunbin (01:11:39) :

生活在寒冷地区的动物的体型一般要比生活在温暖地区的同类动物大,这叫柏格曼法则。但是,寒冷地区的动物的耳朵等突出物则一般比较小,这叫阿伦法则

似乎对人类也适用?

@MP….北方的外国人体毛多.非洲人就不多.

25 10 2018年
compra venta relojes (19:07:53) :

I read this paragraph comрletely on the topic
of the comparison of moѕt гecent and preceding technologies, іt’s amazing article.

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