养只哥斯拉，你每天要花多少伙食费？
2019/6/12 17:11:05苏澄宇 中国科普博览
哥斯拉是日本影史上最悠久，世界影史上公认最经典、最有名的怪兽角色，它的起源可比奥特曼悠久得多。近日《哥斯拉2：怪兽之王》的上映，可以说是在全世界掀起了一波怪兽电影的热潮。
在朋友圈疯狂刷屏的同时，哥斯拉的“饭量”也引起了广大网友的好奇。
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哥斯拉(图片来源：百度百科)
除了关心饭量的，还有一些细心的网友发现，尽管哥斯拉在荧幕上一直是庞然大物，但它的体型是一直在发生变化的。
从1954年初代哥斯拉诞生以来，哥斯拉的体型就发生着变化，一、二代哥斯拉的身高为50米，三代身高为80米，四、五代为100米，之后的六、七、八、九、十代又回到了初始设定50米左右，到了最新的几代又变大到110米左右。
历代哥斯拉高度对比
(图片来源：Science杂志)
这几天上映的《哥斯拉》的“红莲状态”体型更是达到了119.8米，也就是40层楼高，相当于中央电视台总部大楼的一半高，而体重为99634吨。
如果现实中真的存在哥斯拉这样体型巨大的生物，那么它要吃多少才吃得饱？接下来我们来科学分析一下。
想要计算哥斯拉的食量
你得知道什么是异速增长关系
生物的行为、形态以及所需能量等生理特征与体型之间存在着一种定量关系，也就是说这些生物学特征会随着生物体型的变化而产生定量的变化，而且这个变化不是成比例的，也就是异速增长关系。这一概念最早由朱利安·赫胥黎(Julian Huxley)于1932年提出。
这种关系可以用一个数学表达式表示：
E = aMb
E 为生物学变量(如动物的代谢率，可以理解为动物单位时间内消耗的能量)
M 为体型(一般用体重表示)
a 为常数
b 为函数幂(也称尺度因子)
那么b值到底是多少呢？
生物的行为、形态和生理等特征与体型不是等比例增长。先假设生物学变量与体型是线性关系，也就是生物的体型越大，生物学变量值也就越大，则：b=1。
这种情况在自然界是存在的，但是有前提的。举个例子，青蛙除了在蜕变后的几周的短暂时期外都是线性生长的，是等比例的。但这种线性生长并不是长期的，为什么？
蝌蚪的变化(图片来源：giphy)
线性增长的关系是由平方-立方定律决定的。当一个生物体的长度翻倍时，那么它的表面积将是原来的4倍，而它的体积和质量将是原来的8倍。
但在现实中这样的生物会出现很多问题。
先假设动物体型翻了一倍，现在有8倍的生物组织来支持它的生存，但是如果按照前面的说法，它的呼吸器官表面积应该变成原来4倍，那么它的身体供需关系就会出现不匹配的情况，原有的呼吸器官提供的氧气就不足以维持现有的体型能量消耗。
同样，当我们翻倍动物的体型时，骨头的面积是原来2倍，而质量却变成了8倍，这是完全不合适的。
如下图所示，拿大象的照片和斑尾袋鼬的照片放大到同等大小去比较，很容易发现大象的腿要粗得多。如果真的把斑尾袋鼬按照自身的比例放大到大象那么大，按照上一段中的分析，它一定站不起来，而大象为了能站立，它的腿必须很粗才行。
上图为大象骨架，下图为斑尾袋鼬骨架
两者体型大小不一，骨骼大小也不一样
(图片来源：Wikipedia)
所以生物的行为、形态和生理等特征与体型之间的关系不会是完全等比例的，也就是异速增长，而非等速增长，所以这个b值是1以外的数值。
关于这个b值究竟是多少，不同科学家都提出了自己的想法。
生物学家Robert Henry Peters 在他的著作《体型的生态学意义》中，列出了1000多个异速增长公式以描述不同的动物特征与体重的关系。这些异速增长方程的尺度指数 b = 3/4 或 b=2/3。
《体型的生态学意义》
(图片来源：Amazon.com)
不同生物类群(包括单细胞生物)的代谢率与体重的关系(图片来源：Hemmingsen A M 1969, Rep Steno Mem Hosp Nordisk Insulinlaboratorium 9:1-110)
后来科学家通过各种途径验证异速增长规律，研究发现b=2/3或3/4都得到了理论和实验研究的支持。但由于b=2/3的物理基础的限制，学者们近年来更倾向于b=3/4。
而这一观点最早提出者是动物能量和营养学家Max Kleiber，所以这一结论也被称为Kleiber规律。公式表示为：E= 70 M?
按照此结论，一只猫的重量是一只老鼠的100倍，它的代谢量比老鼠约大31倍。
不同物种的身体大小与代谢率之间的关系 Kleiber (1947)
(图片来源：Wikipedia)
99634吨重的哥斯拉一天吃多少才管饱？
哥斯拉设定海报(图片来源：twitter)
所以按照上面的理论，哥斯拉应该按照E= 70 M ?来算，因为哥斯拉并不是哺乳动物，它的原型是一只蜥蜴。
根据哥斯拉99634吨的重量来算，它每天需要约9972537千卡的热量来维持生命，一个成年男性也就是2200左右千卡的热量，换言之哥斯拉一天所需的能量是一个成年男性的4532倍左右。
为了“吃饱”，它必须以鲸鱼和大白鲨为食，但这么做实在太费劲了，所以大家也不难理解这种骨骼奇异、身体强健的怪兽为什么会选择吃核弹头了，毕竟想吃到这些方便多了……
参考文献
1.https://zh.wikipedia.org/wiki/%E5%93%A5%E5%90%89%E6%8B%89_II_%E6%80%AA%E7%8D%B8%E4%B9%8B%E7%8E%8B
2.https://en.wikipedia.org/wiki/Allometry
3.https://en.wikipedia.org/wiki/Max_Kleiber
4.https://www.cambridge.org/core/books/ecological-implications-of-body-size/animal-abundance/1DB0FEA79142771A0E9D3FCE2B9FC7DC
5.https://www.cambridge.org/core/books/ecological-implications-of-body-size/animal-abundance/1DB0FEA79142771A0E9D3FCE2B9FC7DC
出品：科普中国
制作：苏澄宇(上海科技教育出版社)
监制：中国科学院计算机网络信息中心
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