生物為什麼不幹脆進化成球形?

問題描述:洗澡時照鏡子.....根本就是樹形......好吧,胖樹。但問題在於,球形不是各種最優嗎,宇宙中的大個天體不都是球形?原子大概也能算是球形吧。細胞也多少更接近球形,為何不繼續保持球形進化方向呢?如果說受到地球重力場的影響,那為啥不進化成扁球呢?
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George Leung:

其實這是一個好問題,一看之下似是容易,但背後的物理意義卻是非常重要。

先來一個簡單版答案:球形不是所有情況下都是最優的。

但是為什麼球形不是所有情況下都是最優的?球形在三維空間下是對稱的,而我們所知大部份物理定律都是空間對稱(先不理時間),即是這些物理定律都沒有偏好一個特殊的方向。重力是不會管你是向北或是向東,電磁力亦不會管你是往X方向還是Z方向。這個現象我們稱之為物理定律的對稱性。(Symmetry)

那為什麼這個宇宙不是所有東西都是球形的?為什麼對稱性突然失效了?

這是因為雖然每一個方向都是平等的,但是物理系統最後只能得出一個結果。例如假設一個原子現在要放射出一個電子,而物理定律決定每個方向都是機會相等。但是最終電子只會隨機選擇一個方向,就自然打破對稱性了。這個由對稱的物理定律得到不對稱的結果我們稱之為自發對稱性破缺(spontaneous symmetry breaking)。

基本上所有不對稱的形態都是由這個原理產生。詳情可參閱以下的文章,特別是Alan Turing (對,就是圖靈機的圖靈!)的論文,解釋了如何由微小的變動得到多變的形態。

參考文章:
1. Richard Feynman “Symmetry in Physical Laws” http://www.feynmanlectures.caltech.edu/I_52.html
2. Philip Anderson “More is different” http://robotics.cs.tamu.edu/dshell/cs689/papers/anderson72more_is_different.pdf
3. Alan Turing “The Chemical Basis of Morphogenesis” http://www.dna.caltech.edu/courses/cs191/paperscs191/turing.pdf


Aorqu用戶:
以前胖怪自己;
後來胖怪基因;
現在都怪起進化來了。。。

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只是隨口調侃下你們竟然贊這么多,認真回答的問題沒人理,淚;
不過點贊的肯定瘦子或者心態很可愛的胖子~ 咩哈哈

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昨天忽然跳出好多贊,承蒙大家厚愛〜 不過大家還是多去贊正經答案吧,@好大的風的回答態度嚴謹圖文並茂,這才是能正經解答題主疑惑的回答啊各位鄉親們〜


匿名用戶:
你提了一個好問題,你已經超越了很多物種,站在了文明的前端。胖球,期待你下一次的進化,完全體胖球。


Aorqu用戶動物:

滾來滾去會暈車的。


Aorqu用戶:
球形不是各種最優。


阮之復興:

挺有趣的問題,這不是腦洞,而是實實在在的科學和哲學的問題。
首先,

球形不是各種最優嗎

這個說法本身就是錯的。

舉個例子,給你一團質量固定的麵粉,讓你捏出一個表面積最大的形狀。你可以捏任何形狀,但絕不能捏成球形,為什麼?
因為你也知道,球形的表面積最小。

所以,一個方向上的最優方案,同時也是另一個方向上的最劣方案。不存在「各種最優」的情況

細胞是球形的嗎?不一定,比如卵子,又比如比如神經元,這兩個是細胞中的兩個極端。

球形細胞有什麼優點?球形可以節省細胞膜,還不容易破損。可是表面積小,意味著它和外界的聯系就少了,比如營養和氧的吸收速率是和表面積成正比的。表面積小了,細胞生長速度就受限。

從整個生物的角度來講,最小化表面積最大化表面積都是策略。最小化表面積,結果就是像單細胞生物一樣圓的。而最大化表面積,結果是像樹一樣形成分形結構。

最後,為什麼天體全都是球形的而生物會進化出非球的形狀?因為天體可以看成是封閉體系,熵只能增加,因而最終形成最穩定的球形。而生物是從外界接收能量,因而可以降低自己的熵。


朱明:

遇到坡怎麼辦?

是不是每個窪地里都聚集著一堆因緣際會滾進來的球?

想想好可怕。都不敢出門了。


阿特洛波斯:

真空中的球形人


張益豪:

為了避免摺疊我先假裝回答幾句。
一個例子:
當細胞體積逐漸變大時,表面積與體積之比會變小。隨著細胞的生長,體積不斷增大,需要從外界吸收更多的營養物質,但是吸收物質表面積的增加相對較少,滿足不了細胞吸收營養物質的需要。同時,細胞的體積過大,內部物質的擴散效率會降低。因此細胞的生長就會受到限制,不能無限長大。
一個類球型的細胞都受到生長大小的限制了,再說動物:
如果一個動物,代謝、與外界環境相互作用姑且不談,長成球形,運動阻力過高啊!(生活在水中)運動效率極其低下啊!!(無論水中還是陸地)。

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不客氣的說:這種用屁眼兒就能想腦洞大破天的問題,還需要拿來問嗎?有什麼意思嗎?
「球形不是各種最優嗎」,「重力影響長成扁球形」,題主你多活幾年會被地球重力壓低身高了嗎?
或者說這是「侃大山」嗎?下面各色的回答的都是什麼啊。

Aorqu真是什麼神乎其神的問題都能貼上生物學的標簽了。
求放過「生物學」,咱能貼個「扯淡」的標簽嗎?


蘇昕:

應該是復雜度不夠吧,很多生物的基本功能難以完成。。。
比如,想像一下一隻球形的貓怎麼吃食、奔跑、交配。。。


Aorqu用戶:
你把雞放到失重和真空(假設有能讓雞在真空生存的技術)中培育幾百代

絕對能培育出來球形的…


Aorqu用戶:
不是不進化成球形,而是時間未到。你看人類中的部分人(包括我自己)這四五年已經很明顯朝著球形進化了。題主啊,你Naive !!

我自己就不貼了,省的眾女讀者誤終生。


也安然:

從達爾文進化論的角度分析,或許在古老的過去,有人確實是球型的,但是,因為胖成球的都沒有找到對象,然後絕種了………


性感老山豬:

多圖預警,手機黨請自行撤退。土豪自便~——————————————————————————————————————————————————————————————————-~-~~~有些生物真的進化成球了!有些沒進化的時候就是球!還有些進化了還是球…!



Aorqu用戶:
要長得像河豚那樣。。。很容易被戳爆的。。。

爬山的時候難道不會滾下去嘛_(:_」∠)_

除了賣萌啥用都沒有。。。


Ira Vieky:

已經有好多答案給出了圓形生物的例子了~那我來討論一下人為什麼不是圓的~
如果人是圓的。那打架的時候不是要遵守動量守恆了(´・_・`)為了爭取生存和交配的權利人們會努力越長越大越長越重,然後處在中心的腦和心臟將無法維持最基本的生命活動需要,然後。。。就散掉了?

好了,嚴肅起來(´・_・`)
如果出現了圓形人。他怎麼運動?
1.滾。滾動的過程中可能碰到堅硬物體的撞擊。那麼(1)碎了;(2)進化出堅硬的外殼(參考實心球或鉛球)。
但是堅硬的外殼不利於靈敏感覺,所以不能長久存活。
2.跳起來。如果任何部位都可以用於跳躍,那麼對於內臟來說每次的加速度方向都不同,由於慣性作用,容易出現內臟破裂。
所以只能有一塊體表區域用於跳躍。跳躍的時間長了這塊區域將會進化,變大變強,變成腿( ̄▽ ̄)


像醬紫~

所以人類進化的終極目標是變成朱古力豆(●°u°●)​ 」討論完了,撒花撒花~~

(圖片來自網路)


Aorqu用戶:

首先地球上是有球形的生物的,海膽,風滾草……
可惜的是他們都是低等動物。細菌也有球狀的,更加低等……

所以題主說得對,沒有生物進化為球狀,人類未來是否會進化成球(腦袋巨大以至於遠遠看去就是一個球)還有待斟酌。


Adagios:

咱們都是從球形的受精卵分化來的,咱都曾經是個球


小風子:

路上有翔,押不準正好滾到face

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