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十万个为什么系列——为什么鲨鱼和海豚不是正方体身材？
2024.04.28
十万个为什么系列——为什么鲨鱼和海豚不是正方体身材？
众所周知，鲨鱼是鱼，而海豚不是鱼。海豚和人一样，属于哺乳动物，它们体温恒定、用肺呼吸。
海豚的祖先曾是陆地上的哺乳动物，为了适应水中的生活一步步演化为现代海豚的模样。而鲨鱼的祖先是硬骨鱼，一直都生活在海中。
观察下列生活在长隆海洋王国的鲨鱼居民和海豚居民的靓照，不难发现：虽然鲨鱼和海豚的亲缘关系并不近，但是它们长得却有些相似——同样有着流线型的身形，用鳍游泳。
【图1. 鲨鱼和海豚拥有相似的外观（照片摄于长隆海洋王国）】
为什么基因上不相似的它们，却进化出了相似的外形结构？其实，这是环境作用的结果。这在生物学上有一个专业的术语，称为“趋同进化”。缺乏亲缘关系的鲨鱼和海豚，在相似的生活环境中，以独立的路径演化出了类似的更适应水中生存的身体构造和形态。类似的例子还有鸟类和属于哺乳动物的蝙蝠，都演化出了能够飞行的翅膀。
奇怪的问题来了，为什么鲨鱼和海豚没有共同演化成正方体的身材呢？
想象正在愉快游泳的你，突然变成了一个方方正正的正方体，是不是突然觉得游不动了，变得很费力呢？因此我们也可以想象，一个流线型身材的海豚在水中游泳，会比一个正方体游泳，要省力得多！
【图2. 正在游泳的你，突然变成了正方体】
【图3. 海豚游泳和正方体游泳的对比图】
可是为什么会这样呢？让我们借助科学来分析一下吧！水是一种流体，与固体不同，是具有流动性的。看不见摸不着的空气，也是流体的一种。
省力和费力是相对的，指的是阻力的大小。海豚和立方体在水中向右前进的过程中，会受到相反方向（即向左）的阻力。当水流的流动遇到了有棱有角的立方体，就会相应地产生更多扰动形成湍流，这些湍流会在立方体的尾部形成低压区，由于左右的压力差，立方体受到的阻力就会更大。而反观海豚，水流几乎是丝滑地流经流线型的表面，这就在很大程度上避免了因水流扰动而徒增的阻力，海豚也就更省力啦！
【图4. 流线型和立方体对水流流动形态的影响示意简图】
当然，实际的流体力学要复杂得多，需要考虑的因素也还有很多，例如物体表面的粗糙度、运动的速度、流体的密度等等。不过，当其他因素一致的情况下，立方体受到的阻力比流线型物体要大得多。因此，如果鲨鱼和海豚都长成方方正正的立方体，那它们在水中游泳就要消耗更多的能量来平衡阻力！更多的能量消耗，意味着得吃更多的小鱼小虾！
潜水艇和飞机也都是流线型的设计，你知道是为什么了吗？更省力，也就能节省宝贵的燃料资源！
当然了，要说方方正正的鱼，倒也不是没有。请不要嘲笑下面这位长得有点方的鱼，虽然从身材上就可以想象出它的游泳能力欠佳，但是人家有别的生存优势，例如有着盔甲般坚硬的骨板，让捕食者无从下口、敬而远之。
【图5. 突吻尖鼻箱鲀：“你看我方吗？”（照片摄于长隆海洋王国）】
这也让我们能直观地理解：生物的演化并非总是有着确定的方向。让我们一起看见、守护自然界丰富的物种多样性吧！
（图文编辑：沁轩）