十萬個(gè)為什么系列——為什么鯊魚和海豚不是正方體身材？

眾所周知，鯊魚是魚，而海豚不是魚。海豚和人一樣，屬于哺乳動(dòng)物，它們體溫恒定、用肺呼吸。

海豚的祖先曾是陸地上的哺乳動(dòng)物，為了適應(yīng)水中的生活一步步演化為現(xiàn)代海豚的模樣。而鯊魚的祖先是硬骨魚，一直都生活在海中。

觀察下列生活在長隆海洋王國的鯊魚居民和海豚居民的靚照，不難發(fā)現(xiàn)：雖然鯊魚和海豚的親緣關(guān)系并不近，但是它們長得卻有些相似——同樣有著流線型的身形，用鰭游泳。

【圖1. 鯊魚和海豚擁有相似的外觀（照片攝于長隆海洋王國）】

為什么基因上不相似的它們，卻進(jìn)化出了相似的外形結(jié)構(gòu)？其實(shí)，這是環(huán)境作用的結(jié)果。這在生物學(xué)上有一個(gè)專業(yè)的術(shù)語，稱為“趨同進(jìn)化”。缺乏親緣關(guān)系的鯊魚和海豚，在相似的生活環(huán)境中，以獨(dú)立的路徑演化出了類似的更適應(yīng)水中生存的身體構(gòu)造和形態(tài)。類似的例子還有鳥類和屬于哺乳動(dòng)物的蝙蝠，都演化出了能夠飛行的翅膀。

奇怪的問題來了，為什么鯊魚和海豚沒有共同演化成正方體的身材呢？

想象正在愉快游泳的你，突然變成了一個(gè)方方正正的正方體，是不是突然覺得游不動(dòng)了，變得很費(fèi)力呢？因此我們也可以想象，一個(gè)流線型身材的海豚在水中游泳，會比一個(gè)正方體游泳，要省力得多！

【圖2. 正在游泳的你，突然變成了正方體】

【圖3. 海豚游泳和正方體游泳的對比圖】

可是為什么會這樣呢？讓我們借助科學(xué)來分析一下吧！水是一種流體，與固體不同，是具有流動(dòng)性的?？床灰娒恢目諝猓彩橇黧w的一種。

省力和費(fèi)力是相對的，指的是阻力的大小。海豚和立方體在水中向右前進(jìn)的過程中，會受到相反方向（即向左）的阻力。當(dāng)水流的流動(dòng)遇到了有棱有角的立方體，就會相應(yīng)地產(chǎn)生更多擾動(dòng)形成湍流，這些湍流會在立方體的尾部形成低壓區(qū)，由于左右的壓力差，立方體受到的阻力就會更大。而反觀海豚，水流幾乎是絲滑地流經(jīng)流線型的表面，這就在很大程度上避免了因水流擾動(dòng)而徒增的阻力，海豚也就更省力啦！

【圖4. 流線型和立方體對水流流動(dòng)形態(tài)的影響示意簡圖】

當(dāng)然，實(shí)際的流體力學(xué)要復(fù)雜得多，需要考慮的因素也還有很多，例如物體表面的粗糙度、運(yùn)動(dòng)的速度、流體的密度等等。不過，當(dāng)其他因素一致的情況下，立方體受到的阻力比流線型物體要大得多。因此，如果鯊魚和海豚都長成方方正正的立方體，那它們在水中游泳就要消耗更多的能量來平衡阻力！更多的能量消耗，意味著得吃更多的小魚小蝦！

潛水艇和飛機(jī)也都是流線型的設(shè)計(jì)，你知道是為什么了嗎？更省力，也就能節(jié)省寶貴的燃料資源！

當(dāng)然了，要說方方正正的魚，倒也不是沒有。請不要嘲笑下面這位長得有點(diǎn)方的魚，雖然從身材上就可以想象出它的游泳能力欠佳，但是人家有別的生存優(yōu)勢，例如有著盔甲般堅(jiān)硬的骨板，讓捕食者無從下口、敬而遠(yuǎn)之。

【圖5. 突吻尖鼻箱鲀：“你看我方嗎？”（照片攝于長隆海洋王國）】

這也讓我們能直觀地理解：生物的演化并非總是有著確定的方向。讓我們一起看見、守護(hù)自然界豐富的物種多樣性吧！

?

?

?

（圖文編輯：沁軒）