行星上所有生物體型大小的範圍由什麼決定？是否與該行星表面引力或者說行星質量、半徑、密度決定？

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行星上的生物體型大小和什麼有關？

在地球上，動物體型就從來沒有到達過重力給定的極限。

你說，某些恐龍約有30米長，幾十噸重，是否達到極限？

我看未必，海洋生物因為浮力原因，不應該受30米長的限制吧？理論上，海洋動物長到100米長，1000噸重，也不會承受不起自身重量吧？事實上，從來就沒有出現過這麼巨大的海洋動物。

再看陸地動物，幾百噸的四足恐龍也許它的腿真的支撐不起，但是有幾十條腿的馬陸呢？低矮扁平多足，承受幾百噸應該不是問題吧？

可是有史以來的動物還從來沒有長得比藍鯨更大的，接近的倒是不少。似乎地球生物有個30米左右的體型極限在限制著。

我認為，至少以地球的標準看，限制動物體型的因素主要有三個：
1、氣溫；
2、大氣含氧量。
3、動物自身生理構造因素：主要是呼吸系統、循環系統的效能會對體型有很大限制。

氣溫其實主要對植物有重大影響，氣溫高，植物生長快，動物會有更多食物，容易長得更大。
根據地質歷史溫度與巨型動物的關係的研究表明，總的來說氣溫高有利於動物體型增大（雖然沒有大氣含氧量的影響大）。關於這點，我後面的補充討論里會詳細介紹。

大氣含氧量和動物自身呼吸/循環系統效能決定了動物新陳代謝的速率。

地球歷史上，氣溫高、大氣含氧量高的時代，動物體型也普遍偏大，例如古生代某些時期的巨型昆蟲等等，現代地球已經養不活那樣大的昆蟲了。

圖一：地質歷史大氣含氧量，最高時達到過35%

圖二：巨型馬陸大戰早期兩棲動物

當然，即使那個時代的昆蟲也沒有達到後來的恐龍的體型，那是因為昆蟲自身的生理結構的缺陷（昆蟲原始的呼吸與循環系統）所致，如果那個時期有恐龍，相信會誕生出比後來實際出現的更大的恐龍。
現在你也許要問了，現代地球氣溫不是歷史最高，含氧量也比歷史許多時期低，那麼為什麼有史以來最大的動物藍鯨卻生活在現代呢？
其實要回答這個問題也很簡單：藍鯨，作為哺乳動物，其呼吸和循環系統比歷史上的競爭者都要先進。如果藍鯨生活在恐龍時代，應該比現在更大，如果藍鯨生活在巨型昆蟲時代，那就要大更多了。

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補充：
有兩個問題需要與部分回答者討論。

一、氣溫問題，許多人說氣溫低的時候動物體型更大，這是對伯格曼法則的錯誤的、片面的理解。

伯格曼法則的大意是說，同一類恆溫動物，生活在越寒冷地區的體型越大。
請注意，這裡有兩個約束條件：一是同一類物種，二是恆溫動物。顯然生活在北極的狐狸不可能比生活在赤道的大象更大。而恆溫動物，體溫都在三十幾度以上，對於地球上大部分地區的大部分季節，保暖的問題比散熱問題顯得更突出，因此它們需要增大體型來保暖。導致伯格曼法則成立的問題是保暖問題而非散熱問題！！！！！！！！

動物學裡面還有個反伯格曼法則，是說緯度越高的地方，生長期越短，動物體型越小，反之低緯度溫暖地區，生長期長，食物豐富，更有利於動物長得更大。反伯格曼法則對所有物種都適用！！！

哺乳動物，同一物種越冷的地方動物越大，但跳出同一物種的限制，則溫暖地區更容易出現大型物種。如果再把條件放寬到非恆溫動物，則反伯格曼法則更有效。要知道地球上所有現存的巨型蜘蛛、巨型蜈蚣、巨型蛇類（蟒蛇、眼睛王蛇）都生活在熱帶地區，別說寒帶，連溫帶都沒有。

其次，體型超大的動物，通常是素食者，它們不需要高速運動去捕獵，巨大的體型也讓它們少有天敵，高速逃跑也沒有必要，因此巨型動物可以行動遲緩，這樣也就沒有太大的散熱壓力了。

再者，分析一下地球各緯度的氣候就可以知道：低緯度相對於高緯度年平均氣溫更高，主要是因為冬天更暖和，而不是因為夏天更熱。地球上除了極少數沙漠地區會出現極端高溫、兩極地區夏季溫度也很低以外，大部分的熱帶地區和溫帶地區的全年最高溫度都是35-40度左右，因此，在夏天，高緯度地區的動物並不比赤道動物具備更好的散熱環境。
對地質歷史氣候的研究表明，歷史上氣溫高的時代，其增溫模式也是冬天更暖和而不是夏天更熱（一個最直接的證據，目前大家談論的全球氣候變暖，其主要模式就是冬天越來越暖和，而不是夏天越來越熱），因此在那些高溫時代生活的巨型動物，也並不比現在生存的動物面臨更嚴峻的散熱問題，相反，他們因為冬天更溫暖、生長期更長、食物來源更豐富而能長得更大。

二、關於重力對動物體型的限制。

我們知道，地球上的山無論如何都長不到10公里以上的高度（一說是12公里，具體要看他採用的岩石強度數據是多少），因為高度太高，其自身重量就會把它壓塌。與之對照鮮明的是，火星上有一座高達二十多公里的山，因為火星重力比地球小很多。
但是地球重力對山脈的長度和寬度卻沒有任何限制，也就是說，地球重力對山脈的體型大小其實沒有限制的。
同樣，地球重力對陸地動物唯一的限制就是高度，在高度不超標的情況下，動物完全可以通過「增肥」來增加體型。

圖三：這是一頭2噸重的長頸鹿

圖四：長頸鹿可以用這種方式讓自己變成50噸

從上面兩張圖可以知道，長頸鹿完全沒有必要在三個方向按比例長大來增加體重，它可以只增加自己的長度和寬度來達成該目的。當然，它的腿也要和軀幹同步變粗，這樣才能使腿上單位面積承受的重量不至於過大。

至於巨型馬陸，它們則更有優勢，因為它們有很多的腳和本來就扁平的身材，如果它們進化出一套非常先進的呼吸系統和循環系統，把身高增加到陸生動物高度極限，長度和寬度按比例放大，就已經成為有史以來最大的陸地動物了，如果變得更扁平一些，長到1000噸也是可以的（在食物和氧氣含量配合的情況下）。

而海生動物更不用說了，動物的密度基本上與海水差不多，所以重力限制對海生動物根本就不是個需要考慮的問題。

從以上的分析可以知道，無論陸地上還是海里，從來沒有出現過比藍鯨更大的動物，卻有好幾種的體型接近過藍鯨的體型，這一事實證明，制約地球動物體型的從來就不是重力，而是另外的因素，目前所知的就是我前面提到的三個因素。

至於其它行星，只要其上面的生物是和地球生物類似成分構成的，除非引力超強的超級地球，我相信重力都不是制約動物體型的因素——氣溫不可能比地球高太多，否則生物會被熱死；大氣含氧量也不會高到離譜的40%或50%，因為35%的含氧量都已經很恐怖了，動不動就會發生火災，把大片的植物燒掉，從而限制了植物總量——並進一步限制了植物通過光合作用製造更多氧氣的能力。

看來各位的回答，似乎沒有人注意到一個問題，就是所謂「軍備競賽」現象，也就是說，有什麼樣的矛，就有什麼樣的盾。
任何時代，最大的巨獸都是素食者，因為掠食者長太大會餓死——消耗食物太多，切不夠靈活。
現在陸地上為什麼沒有巨型食草獸(類似雷龍那樣大的)？是因為沒有霸王龍那麼大的掠食者，食草獸長到大象那麼大就沒有天敵了，沒必要長更大。
那麼為什麼沒有霸王龍那麼大的掠食者呢？我想是因為現在主要的掠食者都是哺乳動物，本來體溫就高，如果體型太大，又要劇烈運動，散熱問題無法解決。

假設有一個十倍地球表面重力的行星，難道就無法進化出巨型動物嗎？不會的，生物會找到自己的解決方案，這個星球上將會是膜狀動物大行其道。

含氧量是正解，另外我要說天氣越冷體型越大是誤解。

像地球這個級別的行星，重力還不至於限制動物體型，限制它們的應該是資源，比如食物和氧氣。

假設有一頭長成立方體的大象，邊長為 $L$ ，密度為 $ho$ ，行星表面重力為 $g$ 。
它的質量是 $ho L^3$ ，所受重力是 $ho L^3 g$ ，橫截面積是 $L^2$ ，足底橫截面承受的壓強為 $ho L g$ 。

假設構成生物骨骼的材料都差不多，也就是密度和能承受的壓強差不多，那就有 $L g sim const$ ，也就是說，行星表面重力越大，大象軀體就得越小；行星表面重力越小，大象軀體就可以越大。

所以大而化之，行星上生物的體形是由行星表面重力決定的。

不過，

1、植物和動物不一樣：動物要追逐打鬧，要奔跑跳躍，這會帶來額外的加速度，所以不能軀體太大直接把承壓預算用完了；植物就可以長的高一些，因為不需要動。

2、海洋生物不受此限。水的浮力可以抵消重力，也就不用顧忌那麼多了。

3、重力只是限定一個軀體能達到的上限，生物的體型並不一定非要達到物理上限。你選擇什麼生態位，就得進化出適應這個生態位的體格和生活習慣，並在跟其他生物的協同進化中不斷修正。最後的結果是離行星重力限制的物理上限會差很多。

同理，岩石行星上山峰能達到的最大高度，也是直接反比於行星表面重力的。所以火星只有十分之一的地球質量，而擁有太陽系最高的山峰奧林匹斯山。

而行星的表面重力 $g=frac{G M}{r^2}$ ，也就是取決於行星的質量和半徑。

如果我們把已經測得質量和半徑的系外行星畫出來，會得到這樣一張圖：

在小於50個地球質量的部分，基本上質量越大、半徑越大；在相同質量下，岩石比例越大，半徑越小。而大於50個地球質量的部分，不管質量怎麼變，半徑都不太變了（Lopez Fortney 2014）。也就說對岩石行星，密度基本一定；而對氣態巨行星，因為中心是部分的靠簡併壓維持，而簡併壓維持的天體的特點是質量越大，半徑越小，而其大氣又是非簡併的，所以整體上來說，氣態巨行星的半徑都差不多。

仔細看小質量的恆星這一端（曾理，2016）：

不同顏色線代表不同的鐵的質量佔比。可見確實對小質量岩石行星來說，密度基本不變。這樣表面重力只跟行星質量有關。

總結：對比較可能孕育生命的岩石行星來說，行星質量決定了其陸地生物能達到的最大體型。

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很多物理量都能影響生物體型。
題目中的條件只考慮了外部機械強度的scaling effect，這是個MEMS的專有名詞，放在生物體型上同樣適用。其他的包括：

支持呼吸的氣體濃度，在3.5億年前石炭紀氧氣濃度曾高達35%，那時出現過翼展70厘米的蜻蜓以及巨型蜈蚣，所以石炭紀也叫巨蟲時代。倘若某顆行星尺寸密度同地球，但是氧氣濃度更高或者氟氣瀰漫在大氣中，生物的體型也會是另一番景象。

溫度，如果該行星足夠寒冷，才能解決巨型動物的散熱問題。而決定溫度的重要因素包括恆星的輻射強度(不一定是500納米附近可見光)和溫室氣體成分。

如果真的外部條件都知道去推演生物體型，也是極為困難的。比如，中子星生物會有多大呢？

跟神經粗細有關。

人的神經傳導速度是100m／s左右，人的神經傳導速度能不能通過後天增長？？？ - 生物學

扶搖直上九萬里的鯤鵬叼不叼？
被貓頭鷹啄了一口。
過了半個月：哎喲！誰特么咬我？！

你說這玩意該滅絕不？

行星的質量決定了上限，物理規律決定了下限，能量攝取與溫度控制決定了具體的範圍。

第一句不需要解釋，生物不可能反抗行星引力規則。
第二條則是規定了生物不可能比分子小。

生物維持生存必須要攝取能量，其中包括了氧氣，那麼為此就需要呼吸系統和循環系統。這就限制了其體型，食物不充足的前提下，能量應優先維持生存而不是長個頭。

溫度帶來的散熱問題、保暖問題則跟動物表面積與質量有關係了。等比例放大，表面積增速趕不上體積和質量。因此越大越難散熱。這也限制了生物的體積。

地球的氧氣水平的提升導致了地球動物多樣性的大爆發，這是確定無疑的。然而，地球的氧氣水平達到一個什麼樣的臨界點從而極大促進了動物的進化，以及動物機體對氧氣水平的反應是什麼，以及機理如何？今天我提一點自己的觀點。

1、氧氣含量的增加造就了動物巨大的體積

從已有的線索出發，大致能夠估計出地球曾經出現過2-3波的巨大體積動物高潮，一波是3億年前的昆蟲。

科學家們通過化石記錄發現，在恐龍之前，地球上就有巨大的物種存在，它們就是3億年前石炭紀的巨型節肢動物。據化石推測，石炭紀的千足蟲和蠍子體長可達1米以上，有一種蜘蛛的腿長達50厘米。最著名的樣本，是1979年在英國德比郡採礦場地下挖出的一具巨型蜻蜓化石。它的翼展竟然超過78厘米，和現在的鷹差不多。與此相似的巨型昆蟲化石也在法國、俄羅斯和美國被發現，並且它們都來自石炭紀。

恐龍生活的時代大約是2億3千萬年至6500萬年前，中間正好有一個1億年，巨大體型的恐龍就生活在這個時段中。

地球氧氣的變遷有不同的觀點，我們看兩個人的估計：

如果採用BERGMAN,LENTON2004年的數據，發現，3億年前的氧氣含量達到了25-30%，有數據更顯示3億年前的氧氣含量達到了35%；1億年前的氧氣行列也在30%以上。排出巧合的可能，巨大動物與氧氣水平是高度相關的。3億年前的高水平氧氣有可能造就了巨大昆蟲的出現；1億年前的高水平氧氣造就了巨大體型的恐龍的出現。成也蕭何，敗也蕭何，如果以上結論成立，那麼巨大體型動物的滅絕就是因為氧氣水平下降導致的（反之則不成立）。

更多的氧氣應該有益於動物的進化。較大的動物在耗氧量上要高於較小的同類。因為，這些大塊頭需要十分費力地將血液輸送到各組織器官那裡，大氣中較高的含氧量將有助於它們獲得更大的進化機會。

2、巨大體積動物具有更長的壽命

從我的衰老模型的博文中摘抄一段：「從衰老模型的數學關係可以看出，如果細胞受損傷速度是固定的，那麼機體體積越大，或者說機體體積能夠不斷增加，細胞總量將持續增加，機體壽命將會延長。這是一個很有意思的關係，實際中，也可以用現實的長壽命動物的例子來佐證。

魚類、貝殼類、爬行類動物的身體會隨著年齡而持續增長，所以這些類動物經常性的出現長壽和巨大體積伴隨的情況。再考察鳥類和哺乳動物，基本上體積越大壽命越長。大致可以測算出一個關係：成年體重越重（或體積越大）的動物，其最大壽命也越長，成年動物的體積變數可以解釋其最大壽命的63%

[2]

。

機體體積的增加能力有助於長壽，我們認為原因可能是：1）體積增加，健康正常的體細胞數量較大，受損衰老細胞的佔比要達到一定比率需要更長的時間；2）體積的可增加性為再生新的細胞留出空間，機體的空間除了存量增加的空間，就是增量帶來的空間，再生新細胞的物質前提就是需要有空間的存在。按人的體積看，成年以後，體積幾乎不再增加，因此人體壽命沒有受益於體積的增長。不過，有報告指出被國際標準界定為「超重」的人在同樣的生命階段比「正常」體重者死亡危險少6％

[3]

。過於肥胖肯定是不健康的，但是一般的肥胖為什麼能增加壽命，有可能與體細胞總量增加有一定關係。」

3、氧氣水平的提高有助於動物壽命提高

從體積和壽命的關係來入手，我們可以得出氧氣促進壽命的第一個線索：氧氣水平提高有助於增加動物體積。動物體積越大，其體細胞增加的過程越長，達到衰老所需時間也越長，該動物機體的壽命自然增加。

若從生物代謝的角度來理解，我們可以猜測氧氣促進壽命的第二個線索：氧氣水平提高，動物代謝能力增強，再按照我的衰老模型，身體內的ROS比例提高，有助於清除衰老細胞，體細胞的更新能力越強，機體的壽命就越長，這個具體的模型可以參加我的博文。

4、增加植被，提高氧氣水平

大氣中的氧氣基本都是有植物光合作用產生的，歷次的氧氣水平變化都是由於植物的生生滅滅造成的。因此為了提高人類壽命，最簡單的方法就是增加植被。目前增加植被最簡單的方法就是，向沙漠，戈壁等乾旱地區引水，比如引渤海之水入疆，從西藏引入入疆等，這樣可以大規模的增加植被數量。當然，人為的增加植被在短期內無法對氧氣水平有影響，但是長期來說，一則可以改善西部沙漠地球的人居環境；二則可以有效的環境二氧化碳的排放所造成的影響。

這個問題要分兩類生物回答：沒有意識的生物以及智能、有意識生物。因為智能生物還有神經元的限制。

簡單來說，限制行星上生物尺寸的主要因素是重力、和環境溫度。而對於智能生物的限制則多出兩條：最小傳遞信息的單元大小（對於人類是神經元大小）以及傳播信息的速度（對於人類大約300km每秒）。這裡集中談談智慧生物的生長極限。

從小到10-19米的夸克到1026米的宇宙，物質的尺寸整整跨越了45個數量級。而另一方面，生命體的大小，往往被限制在9個數量級之間：小如細菌、病毒大約10-6米，最高的樹木不過100米。生長在俄勒岡州藍山的蜜環菌是目前最大的有機生命體（雖然還有爭議），大約4km直徑。當涉及有意識的高級生命體，尺寸範圍就更小了，僅僅在三個數量級範圍內。

計演算法的理論認為意識和智能至少需要數千萬的電路單元。這就好比我們的大腦由大量的神經細胞組成，他們彼此獨立，完成自己分內的工作。因此，假如我們要製作一台用神經元代替電子元件的生物計算機，它同時又要有與人類相匹配的能力，那麼它的尺寸將與我們的大腦相近。

當然，在一些人工智慧系統里，我們也可以製作一些比人類神經細胞小一些的組件來代替神經元。電學迴路就比神經細胞小得多。但尺寸小也就意味著其功能更加單一，而電學迴路需要其他的輔助系統來幫助其運行（例如冷卻系統、能量補給等），這些「配件」也會佔據不小的體積。有人預測即使人工智慧有完全不同的組成物質和電學構造，第一代的人工智慧所佔據的空間將與人類身體的大小無異，這也再一次說明有意識、智慧的生物大都集中在厘米到米級。

那麼，有意識的生命體最大可以長到多大呢？有趣的思維不僅需要複雜的大腦，更需要足夠的時間去形成、傳播。神經元傳播信息的速度大約是300km每小時，也就是說一個信號從大腦的一邊傳播到另一邊大約需要一毫秒。據統計，人類一生大腦要經歷2萬億次的信息傳播。假如我們的大腦和神經長大十倍，而我們的生命周期和神經傳播速度不變，那麼我們的思維將比原來慢十倍。

假如我們的大腦成長大到太陽系的大小，而傳播信息的速度是光速，想要進行相同數量的信息傳播，所需要的時間會比宇宙的年齡還要大。進一步設想到銀河系大小，所花的時間將更多。銀河系大小的大腦，假如存在，從其形成到現在，也頂多只有10000條信息從銀河系東邊傳播到西邊。所以呢，即使傳播信息的速度是光速，我們也有理由確信任何智慧能匹敵人類的生命體的尺寸肯定都不會超過普通恆星的大小。即使存在更大的有意識生命，他們也不會有時間做任何事情，宛若智障。

在公眾號上有寫過一篇詳細討論生物維度極限的文章：10的次方：智慧生物可以比銀河系還大碼？

萬物的比例，神級別答案，我也總結不好，，，

與物理因素已及生物的進化程度有關

含氧量。

這問題意義不大啊這麼多年我們就地球一個數據點怎麼做統計推斷

還和星球上的資源數量成正比吧。。
(我瞎猜的歡迎挑刺( ????? ))

都說是和含氧量和溫度有關，我就是不太明白為什麼地球上大氣含氧量曾經能高到35%，而現在為什麼就低了呢？
歡迎大家就這個問題作答。。。
https://www.zhihu.com/question/50081551

有很多因素吧，最大的應該是含氧量吧，恐龍時代有兩百噸重的植食性恐龍，因為經過科學家驗證，那時候植被茂盛，大氣含氧量遠高於現在的大氣，作為一個消化系統落後現在生物幾千萬年的生物，能長到70米長的龐然大物除了含氧量的原因外沒別的原因了。現在的最大的也就剩下藍鯨了，可在恐龍時代著體型也只能算中等體型