蚂蚁的样子（如果把蚂蚁放大到和人一样它是否还是动物界的大力士）

导读：昆虫的力量常常让我们惊异。比如亚洲织叶蚁可以衔起超过自己体重100倍的东西；跳蚤能够跳到超过自己身高100倍的高度；蜣螂（俗称“屎壳郎”）更能推动自己体重1140倍的粪球。

　　昆虫的力量常常让我们惊异。比如亚洲织叶蚁可以衔起超过自己体重100倍的东西；跳蚤能够跳到超过自己身高100倍的高度；蜣螂（俗称“屎壳郎”）更能推动自己体重1140倍的粪球。

　　昆虫的力气为什么这么大

　　人体内有三种类型的肌肉：第一种是骨骼肌也称为横纹肌，即可以看到和感觉到的肌肉。骨骼肌附着在骨骼上且成对出现：一块肌肉朝一个方向移动骨头，另外一块朝相反方向移动骨头。第二种是平滑肌，存在于消化系统、血管、膀胱、呼吸道和子宫中，能够长时间拉紧和维持张力。第三种是心肌，只存在于心脏，它可以像平滑肌那样有限地伸展，也可以用像骨骼肌那样的力量来收缩。

　　科学家们发现昆虫的肌肉的结构和人的骨骼肌一样，都是横纹肌，而且含有和人类肌肉一样的“核心成分”，包括第II型肌球蛋白、肌动蛋白、肌球蛋白轻链、原肌球蛋白和钙调蛋白。说明昆虫肌肉的结构与核心成分和人类并无不同。

　　不一样的地方在于，昆虫是分节的动物，它的肌肉系统也是分节的，所以昆虫的肌肉数量要比哺乳动物多。比如蝗虫的肌肉约有900条，蝴蝶幼虫的肌肉约有4000条，人类只有600多块肌肉。而且由于人体骨骼大多数都是费力杠杆，昆虫肌肉系统的杠杆原理比人类肌肉有效，所以小型昆虫依靠肌肉完成的一些机械动作能使人类望尘莫及。

　　肌肉的收缩原理

　　当肌肉接受到神经系统的讯息时，便会收缩或放松。肌肉中具有运动功能的蛋白质是肌肉收缩蛋白质，包括：收缩蛋白质（肌球蛋白和肌动蛋白）及调节蛋白质（如原肌球蛋白和肌钙蛋白等）。

　　人类和昆虫所使用的肌肉收缩原理，自然界早在动物出现之前就已经存在了。单细胞的真核生物（比如酵母菌和变形虫）就已经有横纹肌里面最关键的两个成分，肌球蛋白和肌动蛋白。肌动蛋白可以聚合起来，形成长丝，并且具有“正端”和“负端”；而肌球蛋白可以用三磷酸腺苷（ATP）水解释放的能量为动力，沿着肌动蛋白丝向正端“行走”。

　　肌球蛋白由“头”“颈”“尾”三部分组成，形状像一根高尔夫球的球杆。“头部”膨大，可以结合在肌动蛋白的长丝上。它有一个ATP结合点。当一个分子的ATP结合到“头部”时，头部变形，从肌动蛋白上脱开。ATP水解时释放出能量，使得头部从“颈”处“偏转”，结合到肌动蛋白长丝上更远的位置上。偏转了的“头部”就像被压弯的弹簧一样，要恢复到原来的位置，这样就在肌动蛋白的长丝上产生一个拉力。

　　如果肌动蛋白链的位置是固定的，肌球蛋白的“头部”就能够沿着这根丝向正端的方向“走”。如果肌球蛋白的位置是固定的，它就可以拉动肌动蛋白长丝向负端方向移动。ATP不断结合和水解，这个移动过程就能够一直持续下去。

　　蚂蚁体内的特殊“燃料

　　既然蚂蚁和人使用同样的肌球蛋白-肌动蛋白系统，为什么蚂蚁可以举起比自己重100倍的物体而人不能呢？

　　一个原因是它的腿。单从外表看，蚂蚁的腿纤细无力，可实际上蚂蚁腿部肌肉是一部高效率的“发动机”，ATP不经燃烧就能把潜藏能量直接释放，转变为机械能，加之不存在机械摩擦，所以几乎没有能量的损失。所以蚂蚁的“肌肉发动机”效率可达80%以上。

　　而且蚂蚁的肌肉纤维里面含有特殊的酶和激素蛋白，当蚂蚁走动的时候，这些酶和蛋白能引起ATP剧烈的变化，释放出巨大的能量，使肌肉蛋白的长丝分子在刹那间收缩起来，产生巨大的力量，让蚂蚁能轻易举起比它自身重上百倍的东西。

　　几何因素造成的相对“强大”

　　既然蚂蚁能举起身体百倍重的东西，那假设蚂蚁的身体和人体一样大的话，是否就可以拉动几吨重的物体呢？

　　其实如果把蚂蚁原样“放大”到人的尺寸，肌肉构造不变，蚂蚁就举不起比自己重百倍的物体了，甚至连头都抬不起来（多数蚂蚁头部和身体的比例远高于人）。反过来，如果把人缩小到蚂蚁那么大，身体构造不变，人一样会变成“大力士”。

　　这是因为物体的尺寸变化时，长度呈线性变化，面积按平方比变化，而体积按立方比变化。比如同样形状的物体，长度增加10倍时，面积会增加100倍，而体积会增加1000倍。

　　假设人的身长为1.6米，蚂蚁的身长为6.4毫米，蚂蚁的身长是人的250分之一。再假设蚂蚁的身体结构和人一样，那么蚂蚁腿部肌肉的横切面的面积就会是人的62500分之一（250分之一的平方），而体重是人的15，625，000分之一（250分之一的立方）。假设人的体重是60千克，蚂蚁的体重就应该是3.84毫克。肌肉的力量大约和横切面成正比，由于蚂蚁腿肌的横切面是人的62500分之一，而人一般可以举起相当于自己体重的重量，理论上蚂蚁可以举起人体重62500分之一的重量，那就是960毫克，是蚂蚁体重的250倍。所以蚂蚁用相对比较细的腿，就可以举起比自己重几百倍的物体。

　　昆虫之所以长得小，而且越小的昆虫往往越敏捷、相对力量越大，是由于其身体结构和功能决定的。当它的身体大到一定程度的时候，它拥有的一些优势就失去了，再大的话，它的生存就会出现问题。

　　昆虫只有外骨骼没有内骨骼，它们的内脏和肌肉等在身体中缺乏限制，这也导致昆虫的身体只能在很小的范围内，因为如果身体很大的话，只要一活动，内脏就会晃来晃去。

　　昆虫没有肺，只通过体内一些细小管子呼吸，这样其体内氧气的传递就不如哺乳动物的肺呼吸活动更加的有力、方便和快捷，而空气中氧含量的多少也对昆虫的身体大小产生的影响。

　　昆虫的腿都是由甲壳质组成的薄壁管，并由可以灵活转动的关节连接起来。如果昆虫变得很大，其关节就会变得很脆弱，速度和力量都会受到影响，而且一旦超载就可能出问题。

　　可以说昆虫的身体结构和功能等很多原因限制了昆虫的体型，大到一定程度，昆虫都会很笨拙，力量也相应的没那么大。

　　虽然昆虫和人类的肌肉高度相似，但由于物体尺寸变化时，长度、面积和体积以不同的比例变化，按比例放大或缩小的物体，其物理性质不再和原来的物体相同，因此在肌肉强度不变的情况下，生物体尺寸的变小就可以使蚂蚁成为“大力士”。