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1.14 六条腿的“小”力士

蚂蚁是一种神奇的生物,你总可以看到它咬着一些远远重于自身的物体,机灵地在植物的茎条上爬来爬去。观察它的人对此很是费解:这小东西是哪里来的这么大力气?为什么可以似乎毫不费力就把一些超过其体重将近10倍的重物搬走?换作是人类的话,背着一架钢琴上楼梯可是无法做到的事情。相对说来,是不是意味着蚂蚁比人更加强壮有力呢?果真如此吗?

要搞懂这个问题,还是需要几何学的帮助。下面先听一下专家对解释这个问题所需了解的关于肌肉力量的知识。

其实动物的肌肉有点像一根带有弹性的橡皮带,但弹性并不是其收缩的原因,而是另外的缘故。神经在受到刺激的情况下,肌肉会恢复正常。在生理学实验当中,为相应的神经或者直接在肌肉上接通电流,也同样可以使肌肉收缩。

我们可以在刚死的青蛙上割一块肌肉,然后做这样一个简单的实验。

之所以这样做实验是因为冷血动物的肌肉可以在其机体外的常温条件下长时间保持其生理机能。而实验的方法很简单:先切割下一块青蛙屈伸后腿的主肌——腿肚肌——以及和它连在一起的大腿骨及其末端,因为无论在大小还是形态上,这一块肌肉都很适合进行实验。把大腿骨挂起来,用钩子穿过肌腱,并在钩上挂个砝码。这时如果把两端接通电池的电线触碰肌肉,肌肉会马上收缩,并使得砝码被提起。如果我们一直增加砝码的质量,就可以知道肌肉的最大举重力。等我们把两条、三条、四条一样的肌肉连接起来,再用电流刺激,却无法获得更大的举重力。但是,当我们不是把肌肉连接起来,而是把两条、三条、四条一样的肌肉束在一起,再用电流刺激时它们就会提升起与它们倍数相当的砝码来。很明显,如果这几条肌肉本来就是长在一起的话,实验肯定也会收到同样的效果。所以我们知道,肌肉的举重力其实并不由它们的长度或质量决定,而是由它们的截面积决定,也就是肌肉的粗细。

回到正题,我们再来比较一下那些大小不同,但是形状结构很近似的动物。假如有两种动物,第二种动物的直线尺寸是第一种的2倍,其体积、质量甚至身体中的器官质量都是第一种的8倍。但是,从平面测量的角度来说,第二种动物的相应横截面(包括肌肉)的面积却只是第一种的4倍。这就是说,第二种动物虽然在身体长度、质量上分别远超于第一种,但其肌肉的举重力仅仅是第一种的3倍。这样看来,个头更大的第二种动物在体力上反而只有第一种动物的一半而已。同理一,个身长超过另一个2倍的动物(横截面积超过8倍,体重超过26倍),其体力只有后者的 ;如果身长超过3倍,则体力只有 ……以此类推。

以上就是关于动物体积和质量不与肌肉质量成正比的原理,这也解释了为什么一些昆虫,像蚂蚁、黄蜂等,可以搬动比自身质量多出30、40倍的物体,但是对人类而言,除运动员和搬运工人外,却只有自身质量 的负荷。而被最广泛用作搬运机器的动物——马,其实只能搬动自身质量 的重物。

明白了这个原理,我们就应该对六只腿的大力士小蚂蚁刮目相看了。克雷洛夫曾为其赋诗一首:

蝗蚁虽小,大力勇士;

前无古人,后无来者;

史官叹之,能举两粟! z+TNajCVdv4lfFD4qF6eN79fezaF3otpzXKF886LL4CDcdI8yplerYhqtL1kw/iT

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