閱讀摘要:大象時間老鼠時間-有趣的生物體型時間觀

簡介: 本書從體型尺寸大小的觀點開始,解讀動物不同部位的功能和構造。透過不同角度分析解釋,來理解動物是為了適應某種生活方式,才擁有如此的身體構造及行為模式。
心得:這就是本生物科普的知識書,有點像小時候常讀的10萬個為什麼(尋找問題的背後原因),不過是生物版的,雖然有些數據及知識準確性不高,然而對於想要輕鬆有趣理解動物身體構造的讀者來說,是很好的入門書;而結合生物學、物理學與數學的本書也符合科學研究的實際狀況,不只有生物器官的描述,運用數學語言簡化及力學的運用能夠更精準敘述及呈現生物構造的實際狀態。
關於動物構造的兩三句話…
- 用部分當整個體型的指數函數表示:異常進化公式(代謝量、成長量),哺乳類動物時間大約與體重的1/4次方成比例。
- 柯普法則:進化過程中,體型愈大的種類有較晚出現的傾向(實質為錯誤-基因突變及天擇決定演化,不具方向性)。
- 體型大的物體較難被環境控制,保有自主性;單位體積的表面積就愈小,表面被環境影響的程度也減低eg:體型大者易保持恆溫。
- 小生物較易突變:世代間隔短、數量多且移動能力差,容易被地理分隔。
- 古生物學島的規則:有原本大型動物逐漸小型化,小型動物大型化的傾向;起因於捕食者逐漸消失的關係,非常大=非常特殊-極低產生新品種的可能性。
- 1公升氧氣可得20.1公斤焦耳的能量,禁食並在一個不冷不熱的安靜(清醒但禁止不動)環境下的能量消耗量稱為基礎代謝量,大約和體重的-0.751次方成正比 。
- 「標準」恆溫動物(符合鼠象曲線,人不符合)體重增加時,氧氣的消耗量與體重的1/4次方成反比,消耗量減少-體型大的細胞愈不活潑,小動物有較多粒線體,細胞色素數量濃度較高,rna量也較多。
- 恆溫動物的基礎代謝量是變溫動物約30倍,最大耗氧量約是基礎的10倍,平均活動耗氧量約為2倍。
- 恆溫動物食量(攝食率、瓦特)與體重(公斤)的0.7次方成比例,約要吃下標準代謝量2.6倍的能量;變溫動物食量與體重約0.8次方成比例,需5.6倍的標準代謝量能量。
- 吃大食餌食物(哺乳類、鷹鷲鳥類)的動物,其食餌重量約為自己體重的1/10;吃小食餌(兩棲、爬蟲、吃昆蟲和魚的鳥類)的動物,其食餌重量約為自己體重的1/500;殺生率(一天要捕殺幾隻食餌)和體重約-1/2次方成正比,吞下小食餌的動物比體型相同卻吃大食餌的動物多殺約40倍動物。
- 體型大的動物傾向一次飽餐一頓(兩餐間的間隔較長),因為一天平均食量只和體重的3/4次方成比例,食量不像體重增加的那麼多,恆溫動物攝取能量用於成長、呼吸及糞便的比率:2/77/21;變溫動物:21/49/30,因此吃牛在時間和能源角度上是極度浪費的。
- 肉食動物的行動領域(定居動物日常的行動範圍)比草食大10倍以上,體型大的動物其行動圈中常有同伴,比起一見面打架,共同警戒護幼能提高生存機率,社會傾向也愈發達。
- 哺乳動物除了解決民生問題外絕少在外遊蕩,其行動領域為出走一趟回來剛好可飽餐一頓的大小。
- y軸-搬運成本(1公斤體重搬運一公里所需能量)與x軸-體重-0.3次方成比例,且向右下傾斜 ;成本:跑步》飛翔》游泳,體重愈大的動物搬運成本愈低,飛行的能量是不飛的4-10倍、 滑翔的能量消耗只有基礎代謝的2倍、跑步代謝量是標準的2-3倍、游泳變溫:2倍及游泳恆溫:1倍。
- 為何世上沒有車輪動物:1-無法適應凹凸不平、柔軟的地面(階梯高在車輪直徑1/2是無法越過的)2-小迴轉不靈巧,水裏沒有螺旋槳:只有60%成為推動力,且車輪和軸承間需留空隙維持運轉,能量越過空隙需相當的功夫,可自由彎曲且柔軟有彈性的鰭推動力可到80-96%,天上螺旋槳可到80%,但旋轉軸需承受極大的扭力,使用很硬的材質,生物避免扭曲變形。
- 細菌鞭毛游泳:以氫離子濃度差為流動能量的馬達,只適用於數微米的擴散原理供應能量;纖毛(較多)比鞭毛短:鞭毛波浪運動不用太硬,纖毛撥水時要挺直,受水的抵抗力也不彎曲。
- 雷諾數=慣性力/黏性力(1毫米-1公分體長為分界),分子由熱運動而移動的現象稱作擴散-食物擴散,細菌不需主動捕食。
- 從費克式算出不具呼吸系統及循環系統的生物大小不會超過半徑1毫米,扁平狀變形後最大厚度是0.6毫米,圓柱形生物只靠擴散最大半徑0.8毫米,加上循環系統(蚯蚓)可到半徑1.3公分。
- 平均單位時間內最大耗氧量等於標準代謝量的10倍,粒線體80%在骨骼肌內-小型動物骨骼肌要耗大量ATP:肌肉賦予平均單位截面積的力量和體積成比例,不因為體型大小產生變化,但愈小的動物收縮速度愈快,能量消耗巨大,體積1毫升的粒線體1分鐘需消耗5毫升的氧氣,3毫升粒線體有1毫升體積微血管負責供應,且需13公里長的微血管佈在肌肉表面,所以小型動物粒線體數目異常顯著。
- 歸納:部分器官或肌肉與體積有關的都和體重成比例,時間和體重的1/4成比例、體積變化率和體重3/4次方成正比。
- 控制系統(腦及內分泌器官)總重是固定的,不可能暴增;哺乳類的腦和體重的2/3次方成比例(與表面積成比例)是錯誤的-因為腦不會隨個體增加變大,以前數據胡亂捉了各成長階段的個體檢測,導致誤差。
- 骨頭的重量和體重4/3次方成比例-然而實際和1.09次方成正比:骨頭除了支撐自己的體重及形變來維持姿勢不變之外,還能夠預防身體毀壞或鬆垮、運動,而小動物的安全係數非常大, 有充分的骨骼強度,大型動物壓低身體中骨骼佔的比例確保其他內臟的空間。
- 動物維持不會座曲的長度,其骨骼直徑與長度3/2次方成比例,並為彈性相似,時間和體長3/4次方成比例。
- 細胞的大小受細胞核內信息的生產能力與擴散速度影響,其上限值約10微米(細胞質所需信息總量與細胞直徑5次方成比例,生產量3次方成比例,所以需要/供給的比和直徑2次方成比例)此供需平衡-不會太大趕不上消費的速度或太小生產浪費。
- 染色體倍數化和細胞尺寸增大有關,植物細胞約50微米,需靠細胞質流動運送,採磚塊堆疊建築法,液包內含毒素,細胞尺寸(受力學條件控制)加大支撐它的壓力就縮小,動物:樑柱建築組合骨骼,設置關節可彎曲,細胞大小受物質的擴散速度控制。
- 昆蟲的軀體分為好幾節且連接的角質層都是軟的可彎曲身體,為什麼只有昆蟲有氣管:氣管(外骨骼的一部分)長度隨體型大小而增加,蛻皮的難度因此上升,蝦蟹住水中沒氣管,所以體型較大。
- 珊瑚與褐蟲藻(單細胞植物)共生,採磚塊堆疊法往上堆疊,用觸手捕捉浮游生物(氮磷等植物無法製造的養分);每個單位是一個個體而非如植物般細胞,新個體蓋在死亡後留下的石灰殼, 有定著性的生物大部分是無性生殖的支持者,需要陽光的定著性動物都會結伴成群。
- 棘皮動物有結締組織:一種可改變硬度的接合組織,海膽海星的結締組織可順間轉變,以保持棘的姿態(只有變硬變軟時要用大能量,對不常運動的生物來說整體較不耗能)而動物用肌肉維持姿勢;棘皮動物(為定著於海底的好流性懸浮物攝食者演化)小骨片因鉤索式結締組織連成的鎧甲既有外骨骼防衛的功能,也有內骨骼靈活的成長能力,大多成放射對稱狀適合移動(被設計成動與不動間的形式)。
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書名:大象時間老鼠時間:有趣的生物體型時間觀 作者:本川達雄 出版:方智