#为什么生物大体上都是对称的#

看赵泠他们都在探讨是否对称的问题,我这里说说为什么会进化出对称。
虽然进化属于生物学范畴,但造成普遍对称趋势的却是物理现象。
先说动物。
自动物起源开始,就是生活在海洋里。所以它们每移动一步,就受到阻力和粘性力的影响。
不过,海绵一年也就移动几厘米,所以受力几乎可以忽略不计。因而,它们从宏观上的大结构来说,没有形成长得对称的动力。
但是,海绵生活在水里,海水动荡,对它们的影响也不能忽略不计。
所以,它们在一些局部上,尽量减少水冲击力的影响。于是长成了球状或者圆柱状的结构。
那为什么会长成球状或者柱状结构呢?
根据阻力公式:
[公式]
C为水的阻力系数;ρ为空气密度;S为迎风面积;V为水流速度。
当水的密度ρ和海绵结构的横截面S,以及水流速度相对固定时,阻力系数越低,那么受到的阻力也就越低,越有利于生存。
那什么样的阻力系数最低呢?
虽然不同的形状和状态影响阻力系数的计算,但对于形状相对固定的物体来说,它的阻力系数和夹角是正比关系的。
理论来说,海绵某一方向的夹角足够小,那么受到的阻力也就最小。
例如,旗鱼通过长长的“鼻尖”,来降低在水中的阻力。
那为什么海绵没有长得尖尖的呢?
主要原因在于水的流动是不固定的,来自四面八方。
就说像旗鱼这样,虽然前方受到的阻力是小了,但一个湍流从侧面而来,直接就被掀翻了。
所以就必须有一个形状,把四面八方阻力的上限降到最低。
在不考虑粘度的情况下,垂直平面的阻力系数是1,柱状(弧面)是0.5。
也就是说柱状或者球状,在应对四面八方来的水流时,可以降低一半的阻力,这是一个很大的优势。这同样是树干进化成柱状的根本原因。
随着生物的进化,动物有了更多的运动需求,出现了刺胞动物(水母等等)。
一开始进化出来的刺胞动物会是一些体型很小的动物,它们不仅受到水阻力的影响,也会受到粘度的影响。
根据牛顿粘性定律,粘性力 [公式]
η为动力粘度系数,A为接触面积,括号中间的是速度梯度。
从公式来看,在相同的温度,以及水流环境下,水的动力粘度系数和流速梯度都相对固定。
粘性力与接触面积A成正比,而对于形状不变的物体来说,物体的表面积又和接触面积成正比,与物体尺度的平方成正比。而物体的质量(惯性)与物体尺度的三次方成正比。
所以,对于尺度越小的物体来说,会受到粘性力的明显影响。
1883年,英国物理学家雷诺观察到了这一现象,首先总结出它们的关系:
[公式]
Re便是雷诺数,与流体密度ρ、流速v,以及物体的特征长度L(尺度大小)成正比,而与粘度μ成反比。
所以,在外界条件限定的情况下,雷诺数和尺度反比。
当雷诺数足够小时,粘性力的影响会大于惯性,严重影响生物的自主运动。而当雷诺数足够大时,惯性的影响会明显强过粘性力,生物自主运动的受到的影响就会较低。
所以我们也能观察到这样的现象,对于足够大的生物掉落在水中,没有明显的粘滞感。而对于蠓这样的小型动物来说,掉落水中就会有明显的粘滞感。
所以,一开始进化出来的小型刺胞动物,运动能力相当有限。
头部也只能往圆面的方向发展,来降低阻力。
头部形成了圆面,运动受力要均衡,自然也就形成了辐射对称,只能以涌动的方式进行运动。
后来,有一批水母的浮浪幼虫逐渐进化成了另外一种生物——扁形虫(浮浪幼虫起源说)。由于扁形虫干细胞比例高,再生能力强,100多年来,经常被人类切着玩。
例如涡虫,经常被碎尸万段,然后观察它们化整为零的表演。
那么,扁形虫这样扁扁的形状,是怎么进化出来的。
主要原因在于,它们起源的时候,是海洋底栖的。
在海洋底部的时候,你圆滚滚的状态,自然不利于运动的。反而变成扁形的,贴于海底,更有利于降低水的阻力。
一开始的扁形虫并不需要多大的运动需求,且随着生物提醒的增大,粘性力的影响也就越来越低了。后来的大体型生物,在进化的过程中,更多的受到阻力的影响。
正是因为这样的因素,所以底栖的海星和比目鱼都是扁形的。
但刺胞动物的浮浪幼虫,本身属于偏柱状的形态。
所以,随着底栖扁化之后,自然而然也就成了两侧对称的生物。
也差不多从扁形虫开始,动物逐渐分化成了后口和原口两大类。我们知道,生物进化其实就是一个模板再套一个模板的过程,已经写好的“代码”无法再抹除(当然,可以通过变成内含子来隐藏,但一些基本的框架已经无法改变)。
所以后来的原口和后口动物,自然就只能是以两侧对称为主了。
至于海星这样的棘皮动物来说,先天都是两侧对称,它们的辐射对称是次生出来的。
但为什么只有海星次生出辐射对称,在其它动物之中没有流行呢?
其实这主要和海星复杂的生活史有关。早期的生物,为了适应海洋环境,从进化出了比较复杂的生活史。例如,海鞘为首的尾索动物,甚至成年体还退化了“大脑”,直接营固着生活。
乃至于它们的形态,也带着那么一点的辐射状:
海胆甚至还长得给个球样。
决定这一切的,又得回归到物理上来。
无论这些动物怎样千姿百态,它们之所以长得这样的与众生不同,有一个很大的特点,就是成年体速度很慢,甚至直接营固着生活。它们自然需要根据环境的不同,变化自己的形态,以在保证生活所需的状态下,尽量的降低水流的影响。
而对于越有速度需求的生物,形态则更加的往流线型的方向发展。
寒武纪爆发时,节肢动物出现,但节肢动物很依赖几丁质外壳,它们的运动速度相对来说,也并不是很快,而且不少也是底栖生物。
所以整体形态,依旧是扁状的。
但同时期进化出来的脊索动物就不一样了,它们在节肢动物的早期制霸下,必须快速逃跑,所以进化出了发达的肌肉和流线型的体态。
所以,进化成今天鱼类这样扁形的形态,才是最有利生存的。
这样既能降低阻力面积,又能方便肌肉源源不断地提供进行的动力。甚至进化出了各种鱼鳍,方面驱动和协调。
先前已经说了,生物在后天的进化过程中,无论生理功能随着环境再怎么变化,也离不开祖辈的遗传模板。
所以,后来进化出来的哺乳动物,在陆地上哪怕进化出了厚实的身板,对于那些重返海洋的哺乳动物来说,在没有遇到特殊生境压力的情况下,它们也无法再变成鱼的体态。
它们主要改造身体的流线型结构,但厚实的身板依旧和一半鱼类有着极大的差别。
当然,对于大体型的鱼类来说(例如鲨鱼),只要不是底栖的,都会有更大的演化动力往厚实的体型发展,毕竟体型足够大之后,过扁的竖状的体型,会受到阻力的过大影响,不利于生存。
但无论怎么发展,都不会怎么失去对称性。过于不对称,代表着左右两边受力不均匀,会大大影响生存能力。尤其是对于飞行的鸟和昆虫来说。
最后简单说说植物。
由于植物,几乎完全不动,所以它们的形态,更是受到环境的影响。
例如,风决定了树干的圆柱状,对光的竞争,决定了叶片的两侧对称。繁殖需求,决定了花朵的对称性。
但是,植物的宏观形态,通常不存在什么对称性。
总的来说,生物大体上都是对称的,主要原因在于,受到生物力学长达数亿年的影响。
根据对不同环境的不同适应,它们的对称,自然也有各种各样的差异。
更何况,绝对的对称,只存在于数学之中。

今天聊聊CRH/CR动车组型号里的数字字母含义。前几天新出来的AFBZ、BFBZ、BFGZ让多少爱好者朋友内心奔溃,借这机会咱们说说动车组型号规则的变迁。因篇幅有限,例如动检车CIT系列、城际CJ系列和试验车这次先不聊哈~并且我在每一代规则后试着留两道“例题”,大家一起探wan讨geng[doge]

【1代】
1️⃣最早引进四种高速动车组平台后,出现了第一代规则:CRH开头,后面1/2/3/5数字作为技术序列代表,既可以代表研制厂家,实质也代表了技术平台;
2️⃣子型号以车组号之后的一位英文字母表示,在最初定义中,A/B分别是时速200-250公里的8/16辆座车,C/D分别是时速300-350公里的8/16辆座车,E是时速200-250公里16辆卧铺车。
3️⃣列车车组号从001-999排布。
例题1:CRH2-139E是什么车?
例题2:(虚构的)CRH3D会是什么车?

【2代】
1️⃣随着引进吸收的进程,倒数第二位部长推动的CRH380系列粉墨登场。2010年9月出现第二代规则:CRH380开头,后面A/B/C字母分别代表四方、长客/唐山、BST新一代高速动车组。3个月后,长客新研制的采用不同牵引及控制系统的新车得以使用字母C,而BST新车向后顺延至D。
2️⃣子型号情况则用以下方法表示:车组号后缺省则为8辆,加字母L则为16辆。此时的字母L可以推测也许与英文单词Long有关。
3️⃣列车车组号以6开头,后三位按厂家不同分配号段。
例题3:CRH380A-6041L是什么车?

【1代/2代·改】
1️⃣随着改进型逐渐增多、车组号日趋紧张,末任部长也转职总经理,2014年7月,原铁总发布新的型号车组号规则:①将1代/2代车组号后的子型号字母前移,紧随技术代码之后;②以文件形式确定另外一些子型号字母:G-耐高寒、H-耐风沙及高寒、J-综合检测车、F-时速160公里城际车等。
2️⃣这里的迷思在于,上述新增子型号中最早出现的是耐高寒G,字母G当时实际上跳过了F,普遍被认为与汉语拼音“GaoHan”有关,而并非按字母顺序向后排(请记住这个操作,后面会复刻[doge])。此后耐风沙型又沿着字母G向后排至H(该子型号稍晚又并入了G,亦是一桩趣事),字母I也许是易与数字1混淆而被跳过,之后的字母J又恰巧与“JianCe”拼音暗合,皆大欢喜。这里就要再提及下一个字母K:高寒380B按规则需改名380BG后,非高寒380B在厂内等非正式场合,曾被称为380BK,甚至部分这种车型的显示屏上还留有380BK字样,但这也只能是规则明朗前的过渡叫法(从未正式喷涂于车体),而后这种说法就消弭不见了了。
3️⃣车组号重新排布,统一为四位数,第一位代表生产厂家,1-BST、2-四方、3-唐车、5-长客等,1-499号段留给前述1代中的车,501-999号段留给前述2代中的车,并仍旧成功保持一车一号。
⚠️以上规则延续至今。
例题4:CRH2H-2417是什么车?
例题5:CRH5J-0501是什么车?
例题6:(虚构的)CRH380DL会是什么车?

【1代/2代·追加】
1️⃣之后数年间,新车型继续涌现:被归为Zefiro250NG平台的BST研制的时速250公里8辆座车出现,但又不能继续叫CRH1A怎么办?长客基于380B平台的新式高寒综合检测列车出现,但380BJ已经被唐车研制的鲨鱼头型动检车占用怎么办?为满足城际铁路灵活运用小编组需求,新登场的时速160公里4辆编组城际车怎么办?
2️⃣遇事不决加个A。增加“-A”变成CRH1A-A、CRH380BJ-A、CRH6F-A经常被人说成是型号规则的“泥石流”,不过这种规则还真是有迹可循的。2016年的机车车辆车型编码规则中规定,基础型号后“-×”是基本变型代码,基本变型代码后“/×”是辅助变型代码,例如HXD3CA如严格按此规定应称为HXD3-C/A,代表HXD3基础型的第3次重大改进后又第1次一般改进。相信动车组型号中的“-A”规则与此有关。
3️⃣基于上述规则,变型代码字母只代表改型的序号,没有一定的含义了。这就确实给型号字母的理解增添了难度。
例题7:CRH6A-A是什么车?
例题8:CRH3A-A是什么车?
(选做)例题9:CJ5E-A是什么车?

【3代】
1️⃣随着动车组技术发展进入新时代,全面采用中国标准的中国标准动车组闪亮登场(后被命名复兴号),2017年2月原铁总发布新的规则:①既有动车组规则不变;②中国标准动车组规则另起炉灶。
2️⃣既有动车组型号部分,以文件形式确认技术代码6归属四方/浦镇/中车广东研制生产的城际车;子型号字母H正式取消,归为预留;子型号字母M(字母J后跳过K,按顺序排在字母L后)几乎以“萝卜坑”的形式归属了380AM(青铜剑CIT500)。值得一提的是,在文件颁布之后,380AN永磁电机试验车使用了子型号字母N,文件中虽未规定,但字母向后排序也在意料之中。
3️⃣中国标准动车组型号部分,以CR开头象征中国铁路新的时代。之后与380类似,编入目标速度值:400代表(300,400],300代表(200,300],200代表≤200。这里经常被人诟病的是宽泛的范围和“虚标”问题,以至于下一代时速400公里动车组项目都被称为“CR450”,意味微妙。
4️⃣下一位是“技术企业标识代码”,A四方、B长客/唐车。相信文件发布后,此时A的含义已经扩充包含了BST和浦镇了吧[doge]但颇为致命的问题在动力集中动车组研制后出现:株/连/同动力车、唐/浦/长/四拖车的混合组合给啥字母?实际中的办法也很“鸵鸟埋头”,CR200?J,这一位干脆不标了[汗]
5️⃣下一位是“技术类型代码”,F动力分散电力、J动力集中电力、N动力集中内燃、P动力分散内燃。“FenSan”、“JiZhong”、“NeiRan”还算好理解,P是啥?是N后跳过易混淆的O就是P?还是暗指内燃动分是个P?[笑cry]
6️⃣文件中车组号的定义更加匪夷所思,每家企业都从1001-6553排序。先不说重号问题,6553是什么?和16进制溢出的65536有关吗[费解]幸好车号最终没按此文件编排,而是复刻了1/2/3/5开头的四位数的形式。不过这也引起了和CRH动车组重号的问题,暂且按下不表。

【3代·补】
1️⃣规则文件到此为止,大家发现最致命的问题了吗?毫无远见的规则,压根没有对中国标准动车组的子型号进行任何规定[二哈]于是,办法只有一个:遇事不决加个A……16辆编组-A、17辆编组-B、京张/京雄智能-C……具体字母代表什么只能靠背诵了吧。
2️⃣故事到这里就结束的话也算岁月静好。然而,经典复刻的高寒型来了,跳过了DEF再次以-G代表“GaoHan”。四方和长客自研进行技术验证的双层复兴号,也毫不意外以-S代表“ShuangCeng”。背单词时如果ABC开头背不下去,有时候我会从Z开头倒着背。于是,你懂的,智能配置车以-Z代表“ZhiNeng”让所有人措手不及。所以开头说的高寒智能就是-GZ,而17辆智能就是-BZ了,这实在是令人窒息的操作。至于-C是成为京张/京雄定制款专用字母,还是成为一现昙花全部更改为-Z或-GZ,仍然需要等待。未来,中国标准动车组的型号规则会否再次修改整理,也不得而知,只是不知道“高原内电双源动力集中动车组”的型号“CR200JS-G”会不会让人噩梦连连
例题10:请猜测CR200JS-G每个字母的含义?

[心]感谢你阅读到这里
压轴送命题:
17辆编组双层动车组子型号应该叫什么?

晚饭后妹妹睡觉了,我带着木木哥哥二人世界,活动室去打扫卫生加跑步。健身区木木给我讲了第一个故事。暴风雨的晚上,一个海盗船在海面上航行,两个海盗一个叫椰子一个叫葡萄。后面来了一个大鲨鱼,他们打开了油门全速前进。他们到了一个小岛,发现有一个S标记,看下藏宝图,发现就是这里,突然听到一个奇怪的声音。他们以为是怪兽,原来是鬼。之后快速跑向船所在的位置,发现船毁了。他们穿上潜水衣,跳进大海里,把船上的东西拿走了,旧木头他们组装了一个快艇,之后他们到了岸边,原来做了一个梦。(发现我在记录,木木哥哥一字一句又讲了一遍,我照原作者口述的写下来)。木木赠送一句话我,我天天爱你,爱的我把啥事都忘记了,爱的我不想吃饭不想看手机,开心死了。这么可爱的儿子!


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