چرا وجود آدم‌های غول‌پیکر غیرممکن است؟!

به گزارش گروه وبگردی خبرگزاری صدا و سيما، وقتی جاناتان سویفت، در سده هجدهم میلادی، داستان خود به نام سفر‌های گالیور را می‌نوشت، زندگی در این سرزمین‌ها، مثل دنیای عادی ما در جریان بود.

بیشتر ما، داستان گالیور و ماجرا‌های او را خوانده‌ایم. ماجرای حضور او در سرزمین لی لی پوت‌ها (آدم کوچولوها) و سپس، ماجرا‌های سرزمین غولها. در سرزمین لی لی پوت‌ها، همه جانوران و گیاهان، درست شبیه نمونه‌های خود در دنیای معمولی ما هستند، ولی به اندازه‌هایی ۱۲ بار کوچکتر در سرزمین غول‌ها، برعکس، هرچیزی ۱۲ برابر اندازه شبیه خود، در دنیای طبیعی ما را دارد.

ما در جهانی زندگی می کنیم که قانون جاذبه بر آن حکومت می‌کند و اندازه‌های هر موجود زنده‌ای (و البته، نه تنها آنها) در روی زمین، به نحوی با قانون جاذبه بستگی دارد. ولی در دنیای لی لی پوت‌ها و غول‌ها چطور؟ ساختمان بدنی آن‌ها، درست شبیه گالیور، یعنی یک انسان معمولی است، ولی اندازه‌های طولی آن‌ها، در اولی‌ها ۱۲ بار کوچک‌تر و در دومی‌ها ۱۲ بار بزرگتر است.

اندامی متناسب و شبیه اندام انسان معمولی دارند؛ بنابراین، وزن هر غول (در کتاب سویفت)، ۱۲ به توان ۳ برابر (یعنی بیش از ۱۷۰۰ برابر) انسان معمولی، و وزن ه رلی لی پوت، کمتر از یک هزار و هفتصدم وزن انسان عادی است. به این ترتیب، اگر وزن انسان معمولی را ۶۰ کیلوگرم بگیریم، وزن یک غول بیش از ۱۰۰ هزار کیلوگرم، یعنی بیش از ۱۰۰ تن می‌شود.

کدام استخوان‌بندی می‌تواند این وزن را تحمل کند؟ این، به استحکام و پایداری استخوان‌ها بستگی دارد و نیروی تحمل استخوان متناسب با سطح مقطع، یعنی مجذور اندازه طولی آن است. اگر بقیه شرط‌ها را یکسان بگیریم، سطح مقطع استخوان غول، تنها ۱۴۴ برابر سطح مقطع استخوان انسان است. بنابراین، استخوان غول باید باری ۱۲ برابر باری را که براستخوان انسان فشار می‌آورد، تحمل کند (تصور کنید، اگر روی شانه‌های شما. ۱۱ نفر هم وزن شما قرار گرفته باشند، چه احساسی به شما دست می‌دهد؟

از این موضوع، گالیله هم آگاه بود او می‌نویسد:
اگر کسی بخواهد همان تناسب دست و پای انسان معمولی را، برای یک غول با جثه‌ای عظیم رعایت کند، باید ماده‌ای بسیار سخت‌تر و مقاوم‌تر از استخوان را جست و جو کند و یا با استحکام و پایداری کمتر غول، نسبت به انسان با قد متوسط، موافقت کند. اگر قد چنین غولی خیلی زیاد باشد، به زمین می‌افتد و از هم می‌پاشد.

اکنون می‌فهمید، چرا روی خشکی، حیوانی بزرگتر از فیل وجود ندارد؟ ولی در اقیانوس‌ها جانوران عظیم‌تری زندگی می‌کنند. در محیطی که بخشی از جاذبه، به وسیله نیرو‌های دیگری خنثی می شود، جانوران می‌توانند با اندازه‌های بزرگ پدید آیند.

به همین دلیل است که در اقیانوس‌ها، نهنگ‌های عظیمی پرورش یافته‌اند که وزنی چندین برابر وزن بزرگترین جانوران روی خشکی دارند. برای نمونه، وزن فیل از ۶ تن تجاوز نمی‌کند، در حالی که وزن نهنگ می‌تواند به ۱۰۰ تن هم برسد. با وجود این، اگر استخوان‌های جانورانی را که ساختمان بدنی نزدیک به هم دارند، ولی از نظر اندازه‌ها با هم متفاوت‌اند (مثل شیر و گربه) با هم مقایسه کنیم، متوجه می‌شویم که استخوان‌های شیر، به هیچ وجه نسبت به استخوان‌های گربه (یعنی نمونه کوچکتر شیر)، چیزی اضافی ندارد. در آن‌ها، معیار تغییر، نقض شده است و به مراتب ضخیم‌تر از آن هستند که، در مقایسه با طول آن‌ها، باید باشند.

اندازه‌های هر ساختمانی در روی زمین، به پایداری مصالحی که به کار رفته است، بستگی دارد. وزن ساختمان، نباید از مقدار مرزی معینی تجاوز کند، در غیر این صورت، به خاطر فشار وزن خود از هم می‌پاشد. در فضای کیهانی، باری را که یک ساختار تحمل می‌کند، نه از روی عمل جاذبه زمین، بلکه از روی تأثیر و عمل بخش‌های مختلف ذره‌های تشکیل دهنده آن معین می‌کنند. اگر این بخش‌ها خیلی بزرگ و پرجرم باشند باید، برای محاسبه، نیروی جاذبه بین آن‌ها را به حساب آورد.

از این جا نتیجه می‌گیریم که، وجود غول‌ها ممکن نیست و علت آن، وجود جاذبه است.

ولی درباره لی لی پوت‌ها باید گفت وضع از دیدگاه استخوان‌بندی بسیار خوب است. حتا مقاومت و استحکام آن‌ها، نسبت به استخوان‌های انسان معمولی، ۱۲ برابر است. موجود زنده هرچه کوچکتر باشد، با دوام‌تر و پرقدرت‌تر است. پس چرا جانداران خونگرمی، کوچکتر از موش صحرایی وجود ندارند؟

درست به همین دلیل که آن‌ها، خون گرم اند. جانوران خون گرم، و از جمله انسان را نمی‌توان مثل یک دستگاه مکانیکی بررسی کرد. جانور خونگرم، با تغییر حرارت محیط بیرون، در عمل، درجه حرارت بدن خود را، کم و بیش ثابت نگه می‌دارد (به جز برخی جانداران خونگرم، مثل خرس، که در زمستان برای بازیافت نیرو، مقداری از حرارت بدن خود را از دست می‌دهد).

ثابت بودن درجه حرارت، مهم‌ترین عامل ادامه زندگی برای جانوران عالی است. ما به طور دایم حرارت پخش می‌کنیم؛ ضمن تنفس، هوای گرم را بیرون می‌دهیم؛ به خاطر رطوبت سطح بیرونی بدن خود و به خاطر کار و فعالیت خود، حرارت را از دست می‌دهیم.

انرژی هدر رفته، با غذا جبران می‌شود. آزمایش نشان داده است که اصل اول ترمودینامیک، یعنی قانون بقای انرژی، درباره اندام زنده صدق می‌کند. در بدن موجود زنده، مواد غذایی می‌سوزد و به همان مقدار انرژی آزاد می‌شود، همان طور که با سوختن معمولی چیز‌ها که در بیرون از بدن انجام می‌گیرد. تنها یک سوم انرژی حاصل از غذایی که هضم شده است، به انرژی عضلانی تبدیل و بقیه صرف نیاز‌ها و هدف‌های دیگری می‌شود.

حفظ درجه حرارت ثابت در بدن، تغذیه و بازسازی نسج‌ها، تشکیل ذخیره چربی بانک پس اندازه بدن، برای حالت‌های گرسنگی یا بیماری) و غیره.

هرگونه تبدیل انرژی در بدن انسان، خواه گوارشی باشد یا فعالیت عضلانی، از راه تبدیل به گرما انجام می‌گیرد. گرما به محیط سرد وارد و از این راه، تعادلی بین حرارت بدن و محیط ایجاد می‌شود.

اندازه‌های موجود زنده، رابطه‌ای مستقیم با این تعادل حرارتی دارد. حرارت، کم و بیش در تمامی حجم بدن، به صورتی یکسان شکل می‌گیرد، یعنی متناسب با توان سوم اندازه‌های طولی، ولی دفع حرارت، به طور عمده، از راه سطح بدن صورت می‌گیرد و بنابراین، با توان دوم اندازه‌های طولی متناسب است.

حدس می‌زنید، این وضع، به کجا منجر می‌شود؟ اگر فرض کنیم، اندازه طولی جانوری، ۱۰ برابر جانور دیگر باشد، در این صورت، اگر سرعت شکل‌گیری حرارت برای هردو یکسان باشد، آن وقت باید در جانور بزرگتر ۱۰۰۰ برابر جانور کوچکتر، گرما تولید شود، در حالی که تنها ۱۰۰ برابر جانور کوچکتر حرارت از دست بدهد. در چنین وضعی، جانور بزرگتر باید، خیلی ساده، در پوست خود بریان شود. ولی طبیعت ازین وضع پیشگیری کرده است: در جانوران بزرگ، جریان تغییر (برای همه چیز) کندتر است و تولید حرارت در بدن آن‌ها آرام‌تر صورت می‌گیرد.

می‌دانیم در بدن پستانداران، گرما نتیجه‌ای است از سوختن مواد غذایی و بنابراین، مقدار گرمایی را که تولید می‌شود، می‌توان از روی مقدار اکسیژن مصرفی مشخص کرد. معلوم شده است که جانوران کوچک در هر دقیقه به هوایی نیاز دارند که حجم آن به تقریب، برابر حجم خود جانور است. هرچه جانور بزرگتر باشد، به همان اندازه، به هوای کمتری نسبت به حجم بدن خود نیازمند است. به همین دلیل، هرچه جانور کوچکتر باشد، سرعت تنفس او و تعداد ضربان قلب او بیشتر است.

ولی اگر در جانوران کوچکتر، تغییر مواد با سرعت بیشتری انجام می‌گیرد، یعنی سرعت پدید آمدن گرما در واحد جسم آن‌ها، بیشتر است. بنابراین، درست باید جانور کوچک در پوست خود بریلت شود. در حالی که برای جانوران خون گرم، میزان درجه حرارت، به تقریب برای همه یکسان است. این موضوع را چگونه می‌توان روشن کرد؟

در جانوران کوچک، تنها تولید گرما نیست که شدت می‌یابد، بلکه از دست دادن گرما هم شدت میگیرد. موضوع این است که با کم شدن حجم جسم، نقش سطح آن، در مقایسه با حجم، بیشتر میشود. به این مثال توجه کنید: فرض کنید حیوانی از نظر اندازه‌های طولی ۱۰ برابر دیگری باشد. اندازه‌های طولی را در اولی یک متر و در دومی ۰.۱ متر می‌گیریم. در این صورت نسبت سطح‌های آن‌ها یک به ۰.۰۱ است و میزان هدر دادن حرارت هم، از روی مساحت سطح جسم معین می‌شود (به همین دلیل، بچه‌ها بیشتر از بزرگتر‌ها سردشان می‌شود).

می‌دانیم از دست دادن حرارت، به فعل و انفعال‌های شیمیایی در درون بدن بستگی دارد. بنابراین، برای حفظ حرارت بدن، که برای تأمین فعالیت‌های زندگی لازم است، جانوران کوچکتر به غذای بیشتری نسبت به واحد جرم بدن خود نیاز دارند. جانوران کوچک همیشه احساس گرسنگی و تشنگی می‌کنند. همین وضع، آن‌ها را ناآرام و فعال می‌کند، به نحوی که اغلب در جست و جوی غذا هستند. این رفتار، برای جانوران کوچک چرنده، یک ویژگی است. به همین دلیل، در خشکی، حیوان خونگرمی کوچکتر از موش صحرایی که از حشره‌ها تغذیه می‌کند، وجود ندارد. خیلی ساده، جانوران کوچک خونگرم، نمی‌توانند غذای کافی برای خود پیدا کنند.

آیا نتیجه بگیریم که غول‌ها ساده‌تر از لی لی پوتها، غذای خود را تأمین می‌کنند؟ دوباره اندکی به محاسبه رو آوریم. فرض کنیم، یک انسان معمولی در روز به ۳۰۰ گرم نان نیاز داشته باشد. این مقدار به تقریب یک دویستم وزن انسان است. چون هدر دادن حرارت، با مجذور اندازه طولی نسبت مستقیم دارد، بنابراین یک غول به اندازه ۱۴۴ برابر انسان، نیاز به غذا دارد، در حالی که حجم و وزن او ۱۷۰۰ برابر انسان است. یعنی یک غول به اندکی بیش از ۴۰ کیلوگرم غذا نیاز دارد (۱۴۴ برابر ۳۰۰ گرم)، در حالی که وزن او نزدیک به ۱۰۰ تن است (۱۷۰۰ برابر ۶۰ کیلوگرم).

غول برای رفع گرسنگی روزانه خود به تقریب به یک به ۲۵۰۰ ام وزن خود نیاز به غذا دارد که بخش بسیار کوچکی از وزن او را تشکیل می‌دهد: غول نسبت به وزن خود، به اندازه یک دوازدهم انسان غذا می‌خورد.

اکنون ببینیم، برای لی لی پوت‌ها، وضع چگونه است؟ آن‌ها به اندازه یک ۱۴۴ ام به انسان، به غذا نیاز دارند، در حالی که وزن آن‌ها یک ۱۷۰۰ ام وزن انسان است، بنابراین، هر لی لی پوت نسبت به وزن خود، ۱۲ برابر انسان غذا می‌خورد (یک هفدهم وزن خود را در روز می‌خورد)

اکنون، به پرسش دیگری پاسخ دهیم. چرا کوچکترین پستانداران آبی، بسیار بزرگتر از کوچکترین ساکنان خون گرم خشکی هستند؟

پستانداران آبی، با وجودی که لایه ضخیمی از چربی دارند، حرارت زیادی را به آب پس می‌دهند و وجود آن‌ها، بستگی به بزرگی جسم آن‌ها دارد.

ساز و کار اصلی تنظیم حرارت بدن، عبارت است از دستگاه گردش خون که میتوان آن را دستگاه حرارت مرکزی بدن دانست. خون، حرارت را از اندام‌های درونی به رگ‌های زیر پوست می‌رساند و پوست حرارت اضافی را به محیط دور و بر می‌پراکند. به عنوان نمونه، برای انسانی که. در حالت آرامش و با حرارت ۳۷ درجه بدن به سر می‌برد، وقتی در محیطی با حرارت ۱۸ درجه قرار گرفته باشد، به این ترتیب، حرارت را می‌پراکند: نزدیک به ۷۵ درصد حرارت به صورت پرتو‌های مادون قرمز خارج می‌شود و بقیه از راه عرق کردن و تنفس هوای خنک. با بالا رفتن حرارت محیط، میزان تشعشع پایین می‌آید و در حرارت ۲۰ درجه محیط به ۳۰ درصد می‌رسد.

گرم شدن بدن، با عرق کردن جبران می‌شود: برای بخارشدن هرگرم رطوبت، نزدیک به ۲۵۰۰ ژول کار لازم است. توجه به این مطلب جالب است که توان ویژه انسان (یعنی نیروی موجود در واحد جرم)، نزدیک به ۱۰۰۰۰ برابر توان ویژه خورشید است.

دستگاه تنظیم‌کننده گرما، بسیار قابل انعطاف است و در شرایط گرمسیری به انسان امکان می دهد بدون لباس باشد. به طور معمول، بدن انسان و بسیاری از موجود‌های زنده، خود را با سرما بهتر سازگار می‌کنند تا گرما. اگر حرارت بدن ۱۰ تا ۱۲ درجه کاهش پیدا کند، خطر مرگ وجود ندارد، در حالی که با بالا رفتن ۵ تا ۶ درجه حرارت بدن، خطر جدی پیش می‌آید. به همین مناسبت است که تب‌گیر برای اندازه‌گیری درجه حرارت بدن انسان، بالاتر از ۴۲ درجه ندارد.

برای انسان، در درجه حرارت بالای ۴۳ و پایین ۲۵، مرگ فرا می‌رسد. انسان در طول میلیون‌ها سال تکامل خود، صاحب چنان تنظیم‌کننده‌هایی در بدن خود شده است که می‌توانند حرارت بدن انسان را در سطح معینی ثابت نگه دارند. اکنون می‌فهمید، چرا انسان به همین اندازه‌ای که می‌بینید وجود دارد و نمی‌تواند غول یا لی لی پوت بشود.