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大象的鼻子为什么那么长?  

2010-05-19 17:47:30|  分类: 科普科幻 |  标签: |举报 |字号 订阅

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大象的鼻子为什么那么长?

□方舟子

中青在线-中国青年报 2010-05-19 [] []
    现存的3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。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0mmHg。这样,在肺的底部,压力从 0mmHg突然增加到大于150mmHg。

    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150mmHg。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0mmHg,一边是150mmHg,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,比其它哺乳动物的厚得多。

    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5000万年前的莫湖象,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。

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