《不可思議的骨骼：支撐生命的杰作》

本書(shū)的兩位作者從最小的種子蝦到巨大的恐龍和藍(lán)鯨，從最早的細(xì)菌群落疊層石到大堡礁，從外骨骼到內(nèi)骨骼，探索了各種各樣的骨骼創(chuàng)新，這些創(chuàng)新使生命得以擴(kuò)展到地球上各種各樣的環(huán)境中。同時(shí)，他們討論了氣候變化使某些骨骼的形成面臨風(fēng)險(xiǎn)，還將未來(lái)的骨骼考慮在內(nèi)，包括我們可能會(huì)越來(lái)越多地將金屬和塑料元素融入我們自己的骨骼中，以及在其他行星上建造骨骼的可能材料。這將是一次跨越數(shù)億年的骨骼探索之旅，帶領(lǐng)讀者走進(jìn)不可思議的骨骼世界。

多大是大？

骨骼中的“大”是一個(gè)相對(duì)概念。對(duì)于一只微小的單細(xì)胞有孔蟲(chóng)（阿米巴蟲(chóng)有殼的親戚）來(lái)說(shuō)，直徑超過(guò)1厘米的骨骼便是大的骨骼，但就是數(shù)十億這樣“大”的有孔蟲(chóng)——被稱(chēng)為貨幣蟲(chóng)——的骨骼堆積在一起，形成了建造埃及吉薩金字塔所用的石灰?guī)r。不過(guò)，因?yàn)槲覀冏约菏羌棺祫?dòng)物，所以從這個(gè)角度來(lái)說(shuō)，我們?nèi)祟?lèi)往往對(duì)巨大的脊椎動(dòng)物印象更深刻，例如巨大的藍(lán)鯨，最大的藍(lán)鯨體長(zhǎng)超過(guò)30米。然而如果單從身長(zhǎng)的角度來(lái)說(shuō)，有些恐龍比藍(lán)鯨還要大，南美白堊紀(jì)的阿根廷龍的身長(zhǎng)可能近40米。這些“巨型”動(dòng)物的骨骼都是長(zhǎng)在身體內(nèi)部的。

那么，對(duì)于那些骨骼長(zhǎng)在身體外部的動(dòng)物而言，它們最大能長(zhǎng)到多大呢？根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，答案似乎是3米，這個(gè)答案是針對(duì)全身覆蓋外骨骼而言的。如果外骨骼在演化過(guò)程中縮小或消失了，那么約束條件變松，動(dòng)物就能長(zhǎng)得更大。大王酸漿魷（這真的是這種動(dòng)物的學(xué)名）是一種巨型軟體動(dòng)物，體長(zhǎng)可近14米。它的祖先是有外骨骼的，如今的大王酸漿魷也有骨骼，只不過(guò)它們的骨骼已變成了內(nèi)骨骼——因形似羅馬士兵的短劍，人們稱(chēng)其為“羅馬短劍”。大王酸漿魷的體形真的十分巨大，比最大的大白鯊（體長(zhǎng)超過(guò)6米）還要大。不過(guò)大王酸漿魷主要是觸手很長(zhǎng)，它的軀干只有2～3米長(zhǎng)。

為什么從人類(lèi)的視角看，有著外骨骼的動(dòng)物一般體形都比較小呢？

這其實(shí)是一個(gè)工程學(xué)問(wèn)題。骨骼支撐著身體的各個(gè)組織，包括一些比較重的結(jié)構(gòu)組織，例如主要器官。同時(shí)，骨骼還要為肌肉提供附著點(diǎn)，動(dòng)物生長(zhǎng)的時(shí)候骨骼也會(huì)隨之生長(zhǎng)，從而使得支撐結(jié)構(gòu)變得更厚。這就出現(xiàn)了兩個(gè)明顯問(wèn)題：那些有著外骨骼的動(dòng)物如何帶著外骨骼生長(zhǎng)呢？這種本質(zhì)上中空的管狀外骨骼，又是如何持續(xù)地支撐著動(dòng)物的身體的呢？

對(duì)于那些擁有開(kāi)放式外骨骼的動(dòng)物（例如軟體動(dòng)物）來(lái)說(shuō)，第一個(gè)問(wèn)題很容易解決，因?yàn)殡S著它們的生長(zhǎng)，它們的殼體也會(huì)增長(zhǎng)。像散大蝸牛（又稱(chēng)庭園蝸牛）這種腹足動(dòng)物會(huì)在殼體上長(zhǎng)出新的螺圈，而雙殼動(dòng)物，例如扇貝，則會(huì)在邊緣長(zhǎng)出新的殼。不過(guò)即便如此，現(xiàn)存最大的雙殼動(dòng)物大硨磲體長(zhǎng)通常也只有1米多，而遠(yuǎn)古時(shí)期最大的雙殼動(dòng)物白堊紀(jì)史氏疊瓦蛤可能是大硨磲的兩倍大。

對(duì)于節(jié)肢動(dòng)物來(lái)說(shuō)，它們的組織是完全被外角質(zhì)層包裹住的，例如蜘蛛和龍蝦。因此，在殼上長(zhǎng)出新的螺圈或在邊緣長(zhǎng)出新的殼并不能解決第一個(gè)問(wèn)題，而且也是不可能實(shí)現(xiàn)的。對(duì)于節(jié)肢動(dòng)物，尤其是陸地上的節(jié)肢動(dòng)物來(lái)說(shuō)，這是一個(gè)大問(wèn)題，因?yàn)樗鼈冊(cè)谏L(zhǎng)過(guò)程中必須蛻去外骨骼，從而形成新的更大的外骨骼。這時(shí)候的節(jié)肢動(dòng)物十分脆弱，很容易受到攻擊。這可能也是節(jié)肢動(dòng)物整體的體形都較小的其中一個(gè)原因。因此，在《X放射線(xiàn)》中，被巨型螞蟻攻擊的洛杉磯當(dāng)局什么都不用做，只要等著螞蟻們蛻殼，然后就可以輕而易舉地干掉它們。

除此之外，這些巨型螞蟻還要面對(duì)一個(gè)重大問(wèn)題：隨著它們的體形越來(lái)越大，它們身下的腿會(huì)被壓扁。這些巨蟻的骨骼是薄薄的中空結(jié)構(gòu)，本質(zhì)上是一根細(xì)長(zhǎng)管子包裹在螞蟻那六條細(xì)小的管狀腿之外，這就是問(wèn)題所在。電影中受輻射變異的螞蟻其體形增大了1倍，體重增加了8倍，但是它們那中空的管狀腿無(wú)法承受增加的體重，唯一的辦法便是增加骨骼厚度，可是這又會(huì)讓骨骼變得太重，從而使螞蟻的肌肉衰竭?？蓱z的螞蟻！當(dāng)然，那只30米高的塔蘭圖拉毒蛛將會(huì)處于更加悲慘的境地。

如果《X放射線(xiàn)》和《狼蛛》的制片人選擇有很多條腿的巨型馬陸——雖然這種生物并不像巨蟻和狼蛛那樣令人恐慌——也許更說(shuō)得通。至今最大的陸地節(jié)肢動(dòng)物是節(jié)胸蜈蚣——一種能長(zhǎng)到2米多的馬陸。慶幸的是，它只生活在3億年前的石炭紀(jì)熱帶叢林中。節(jié)胸蜈蚣曾被認(rèn)為是一種兇猛的掠食者，不過(guò)它更可能是一種有著溫和口器的植食性動(dòng)物。那么，節(jié)胸蜈蚣是如何長(zhǎng)到那么大的呢？可能有幾個(gè)原因。首先，根據(jù)它的體形大小可以推斷，在它所處的石炭紀(jì)，節(jié)胸蜈蚣可能鮮有天敵。畢竟，在“殖民”陸地的過(guò)程中，節(jié)肢動(dòng)物是贏在起跑線(xiàn)上的。在數(shù)億年前的志留紀(jì)晚期，節(jié)胸蜈蚣的祖先便是移居陸地的先鋒隊(duì)。因此，它們?cè)缇瓦m應(yīng)了石炭紀(jì)的環(huán)境。此外，石炭紀(jì)大氣層中的氧氣含量很高，可能高達(dá)35%，更有利于大型陸地節(jié)肢動(dòng)物。雖然我們不知道節(jié)胸蜈蚣的呼吸系統(tǒng)到底是什么樣的，但是根據(jù)現(xiàn)存馬陸的呼吸系統(tǒng)類(lèi)推，它很可能通過(guò)每節(jié)身體的外骨骼上兩對(duì)與氣管系統(tǒng)相連的微小表面瓣膜或氣門(mén)進(jìn)行呼吸。它的氣管系統(tǒng)本身就是一系列外骨骼內(nèi)陷形成的，從而直接將氧氣輸送到動(dòng)物的組織內(nèi)。在節(jié)胸蜈蚣身上，它的氣管系統(tǒng)很可能連接著貫穿全身的長(zhǎng)管狀心臟。陸地節(jié)肢動(dòng)物的這種氣管系統(tǒng)并不能像脊椎動(dòng)物的肺或者鰓那樣有效地將氧氣輸送到各個(gè)組織，這也是它們體形受限的另一個(gè)因素。