W我们无法控制自己,我们对大事很着迷。我们将冒险数英里去看世界上“最大”的步枪(33.3英尺长;密歇根州伊什培明),高跟鞋(6.1英尺高;或线球(780万英尺散开;重晶石的城市,堪萨斯)。
为了什么?眼镜之外,最大的事情很少太大的意义。这是很难,不容易,炒美味的鸡蛋最大的煎锅,或螺丝钉与螺丝起子最大。
在自然界中,规模往往也是有代价的。
最大的因素是寿命最短的
在化学世界中,比例决定了身份:在原子核中加入一个质子,一个全新的元素就出现了。但对于超重元素来说,原子序数越大,存在的时间就越短。如果把太多的质子放在一起,你可能会发现根本不可能形成原子。
除了铀(92),力排斥带正电的质子(库仑力)开始超过力结合在一起(核力)。因此,作为要素得到更重,他们变得越来越不稳定。克里斯托夫Duellmann,在亥姆霍兹重离子研究中心和Johannes古腾堡大学美因茨,德国核化学家说,这就解释了为什么(只要任何人都知道),比大铀元素不会自然发生。
科学家们通过在粒子加速器中使原子核相互碰撞,人工创造出了较重的元素。(Duellmann和他的同事去年证实了117号元素的存在。)然而,这些原子是短命的。铀最丰富的同位素半衰期为45亿年,而铀的一种同位素(99)的半衰期长达472天。世界上最重的元素是118,只存在不到一毫秒。
Duellmann推测,如果一种理论元素拥有大约170个或更多的质子,那么它的半衰期将不到100万亿分之一秒——也就是产生一个电子层的时间。“因此它不是原子,”他说。
最大的基因组是最慢的适应
如果你解开一个人类细胞的DNA——包含32亿个碱基对——它将延伸2米。然而,与科学界已知的最大基因组相比,这个长度就不那么令人印象深刻了,后者将达到100米。这个1500亿个碱基对分子属于日本白花冠层植物巴黎粳稻.
不同物种的基因组大小差异很大,为什么有些生物进化出的基因组比其他生物更大,这在很大程度上是个谜。加拿大圭尔夫大学的进化生物学家t·瑞安·格雷戈里说:“基因组大小和生物复杂性之间没有关系。”“蚱蜢的DNA是人类的五倍。”甚至一些单细胞原生生物的基因组也比我们的大得多。
这样丰厚基因组生长通过累积非编码,或“垃圾”通过DNA复制或当在复制错误后代继承不止一套父母的染色体。后一种情况,被称为多倍,是常见的植物,这可以解释为什么他们有一些在自然界中发现的最大的基因组中。大多数动物的基因组是小于5十亿个碱基对。开花植物,同时的基因组中,平均约6十亿个碱基对,而那些不开花植物的平均约18十亿。
英国皇家植物园(Kew)的植物遗传学家伊利亚·利奇(Ilia Leitch)领导了这个测量小组,她说,大的基因组有很大的缺点巴黎粳稻在2010年的基因组中。较大的基因组织需要更长时间才能复制,减缓生物的生长速度,繁殖和最终适应。例如,在拟南芥有些物种(芥菜植物的微小亲戚)拥有大约1.35亿个碱基对的基因组,它们的生殖细胞分裂大约需要33个小时。在巴黎粳稻利奇估计,这个过程需要6到8周。
较大的基因组还需要更大的细胞容纳所有遗传物质。大小差异可能是轻微的,但它可以显著影响细胞过程。在动物中,比如,更大的血细胞在氧输送效率较低。这就是为什么动物具有高代谢,如鸟类和蝙蝠,往往有特别小的基因组,格雷戈里说。
最大的大脑是不是最聪明的
抹香鲸的大脑有20磅重,比我们的3磅重的大脑大6倍。这就是质量的极限。大脑不能长得太大,因为体重会切断血液流向动脉。
对于非灵长类动物来说,这种尺寸的天花板也掌握了智力,因为它限制了神经元的数量 - 并且神经连接 - 这可以包装成脑皮质,该区域负责更高脑功能的区域。据Suzana Herculano-Houzel领导的研究,一位神经科学家在联邦里约热内卢大学,较大的非灵长类大教育也倾向于具有更大的个体神经元,降低了大小的好处。虽然脑小鼠神经元的平均质量约为8亿克,但例如,当量的大象神经元重量约为181亿克。
然而,在灵长类动物中,进化逆转了这一趋势。赫库兰诺-乌泽尔说,通过容纳重量约为300亿分之一克的更小的神经元(大约在“老鼠和兔子之间”),灵长类动物的皮层可以在更小的空间里塞进更多的神经元。人类大脑皮层大约有160亿个神经元,比其他任何动物都多,这给了我们明显的认知优势。相比之下,大象的大脑皮层是人类的两倍大,但它的神经元只有人类的三分之一。
世界上最大的生物正在变得不能生育
这种最大的生物重达6600吨,比海洋中的庞然大物蓝鲸大33倍,比高耸的陆地巨人红杉大3倍。Pando,也被称为“颤抖的巨人”,是一颗颤抖的白杨的基因相同的群体,在犹他州已经慢慢蔓延了数万年。它的47000个树干共享一个共同的根系,从这个根系中发芽出新的无性系。
在单茎植物,包括能够提水到很高的高度通常限制大小迈克尔·格兰特,在科罗拉多大学波尔得分大学的生态学家和进化生物学家说,这一增长方案允许潘多以避免因素。从理论上讲,潘多可以继续无限增长。到目前为止,它已经蓬勃发展只有野火,泥石流,和雪崩,已在海湾保持较高的竞争对手适量。
但潘多也不能幸免于时间的摧残,它的巨大年龄——这使得它的巨大尺寸——可能是它的阿喀琉斯之踵。DNA研究表明,随着年龄的增长,山杨群落会积累基因突变,从而影响花粉的产生。没有花粉,蜂群将无法有性繁殖,减少了基因库的多样性,并使其在面对疾病或气候变化时变得不那么强壮。
最大的星系分娩越来越少星1
拥有数千亿颗恒星的银河系,与宇宙中已知的最大星系IC 1101相比,不过是沧海一粟。这颗椭圆巨行星被认为包含大约100万亿颗恒星,跨度600万光年,是我们银河系直径的60倍。
这样的超级巨型星系是罕见的,是年龄较大的样本——它们是近140亿岁的宇宙还很年轻时形成的大部分老恒星的家园。英国杜伦大学(University of Durham)的宇宙学家理查德·鲍尔(Richard Bower)说,它们是如何变得如此巨大的还不得而知。一些星系可能与类似大小的星系相撞并合并在一起。其他星系可能会吞噬它们较小的星系邻居。
年轻星系成长的分娩新的恒星,形成当自己的引力成热,密集的内核下的尘埃和气体云坍塌。但随着年龄的星系和扩大,恒星的形成减慢,鲍尔说。当星系变得比银河系稍微大一点时,它们中心的黑洞就会变得活跃,释放出高能量的喷流。这些强大的风赶走了产生恒星的气体,慢慢地排出了星系中形成恒星的物质。
随着宇宙膨胀,超巨型星系如IC 1101可继续通过并购成长。但是增长的速度会越来越慢作为明星习惯了和星系渐行渐远的成分。“由于观测到的宇宙是有限的大小,对我们将要看到的最大星系的限制,”鲍尔说。“我们可能已经看到它了。”
杰里米许是纽约的一名科技记者。他目前为诸如科学美国人,大众科学和IEEE频谱.