方舟子的Blog

    现存的三种大象（亚洲象、非洲丛林象和非洲森林象）自己组成了哺乳动物的一个目——长鼻目，那条长长的鼻子是大象最引人注目的特征。大象的鼻子就像人的手一样有用，大象用它来抓住食物送到嘴里吃，用它吸水（一次能吸14升）喝或冲澡，用它当武器鞭打或抛掷敌人，用它擦眼睛，用它向情敌示威，用它相互爱护、打招呼，比如两头大象见面时会相互握鼻子，就像人见面握手一样……
    长鼻子当然是从短鼻子进化来的。根据自然选择学说，大象祖先的鼻子变得越来越长，是因为长鼻子对它们的生存有优势。那么，大象的长鼻子有上述这么多的用处，究竟哪一个是促进它进化的关键呢？
    大象的鼻子还有一个平时不会用到的作用。大象有时要横渡河流或湖泊，这时它会在河底或湖底走，即使河水、湖水很深，深到把它淹没了，也难不倒它，因为它可以把鼻子伸到水面上呼吸，就像一根通气管。其实大象也是游泳高手，能游几个小时，本来不必用这么笨的方法过河，这似乎反映了它的某种本能。大象即使在游泳时，也喜欢高举着鼻子。据推测，尼斯湖“水怪”就是一头在游泳的马戏团大象，它高举的鼻子被当成了怪物的头和脖子。
    如果我们人也给自己装一个像象鼻子那么长的通气管，是不是也能像大象那样潜那么深呢？一头非洲象的肩高可以超过4米，但它被水淹没时，它的肺底部距离水面大约是2米，在这个深度要承受大约150毫米汞柱（mmHg）的水压。那里的血管的血压必须比这还高，不然就没法把血液灌注给其他组织了。但是肺通过长鼻子通到了水面，肺泡的压力接近大气压，是0 mmHg。这样，在肺的底部，压力从0 mmHg突然增加到大于150 mmHg。
    肺的表面上包裹着两层薄膜，叫做胸膜。里面那层膜紧贴在肺上，叫脏胸膜。外面那层贴附在胸腔内面，叫壁胸膜。两层膜之间是一个密闭的腔隙，叫胸膜腔。胸膜腔里有一些浆液，起到润滑作用，减少呼吸时的摩擦。胸膜只是薄薄的一层细胞，厚度只有30微米，里面有毛细血管，在水深2米时血压超过了150 mmHg。而胸膜腔的压力接近大气压。也就是说，此时胸膜毛细血管的压力一边是0 mmHg，一边是150 mmHg，血管将会破裂！即使给我们人安一个长鼻子，也没法像大象那样潜水，否则会导致内出血。
    那么为什么大象安然无恙呢？早在1681年，都柏林一位医生在解剖一头被烧死的大象时，发现有一点很奇怪：看不到大象有胸膜腔。以后的研究也证实了，在大象的两层胸膜之间，充满了结缔组织，只不过这些结缔组织比较松散，所以呼吸时还是能够滑动。大象的胸膜也由厚实的结缔组织组成，厚达500微米。胸膜里的毛细血管被厚厚的结缔组织保护起来了。这样就避免了大象潜水呼吸时发生血管破裂。同样，为了避免在潜水呼吸时导致肺部下面的横隔膜破裂，大象的横隔膜非常厚，厚达3厘米，比其他哺乳动物的厚得多。
    如果对大象来说，潜水呼吸只是像现在这样偶尔为之，值得对身体构造如此大动干戈吗？在大象进化的早期，潜水呼吸必定对它们的生存极为重要，重要到它们的身体结构必须出现相应的变化才能繁衍下去。大象的祖先很可能是生活在水中的。
    我们怎么知道大象的祖先是怎么生活的呢？一种办法是把大象和其他哺乳动物进行比较，看哪一种和它的亲缘关系最近。通过比较基因序列，人们发现和大象最接近的是生活在水中的海牛目动物（包括三种海牛和儒艮）。大象的一些解剖结构和它的发育过程也和海牛目动物很像，都是水生动物的特征。
    另一种办法是找到大象祖先的化石。已经发现的古象化石有400多种，其中最古老的是生活在大约5千万年前的莫湖象，也叫始祖象。始祖象像猪那么大，形状像现在分布在东南亚和美洲的貘，有一个向前突出的鼻子。貘生活在热带丛林的河流和沼泽中，善于游泳和潜水。始祖象的化石是在埃及北部的沙漠中发现的，但是在几千万年前那里覆盖着亚热带雨林和沼泽。有很多证据表明始祖象就生活在河流或沼泽中，以水生植物为食。和始祖象差不多同时的其他古象也是如此。以后随着气候变化，森林消失，河流、沼泽干涸了，才迫使大象改为到陆地生活，但祖先的遗产则继承了下来。
    大象的鼻子为什么那么长？这个问题的答案有点出乎意料，但是很合理：为了能潜水呼吸。长鼻子其他对现在的大象更有用的功能，都是后来衍生出来的。

2010.5.17.

（《中国青年报》2010.5.19）