為什么“尼克”總是比“朱迪”少？破解動物城 9：1 的人口謎題

編者按：童年的動畫片里，藏著我們最初的好奇心。那些看似夸張的情節(jié)，其實常常連著真實世界的自然規(guī)律與科學(xué)原理。《童年動畫大科普》系列，帶你重新審視這些陪伴過我們的經(jīng)典角色：哪些設(shè)定源自真實生物學(xué)？哪些橋段背后藏著物理、生態(tài)或認(rèn)知科學(xué)？當(dāng)我們回望童年，會發(fā)現(xiàn)科學(xué)從不枯燥，它一直潛伏在動畫的縫隙里，等你再次發(fā)現(xiàn)。

在《瘋狂動物城》第一部中，食草動物與食肉動物之間的偏見與沖突，構(gòu)成了全片最扣人心弦的劇情。你是否還記得大反派羊副市長那句煽動性的臺詞？“雖然食肉動物強(qiáng)壯又可怕，但我們的數(shù)量是他們的十倍。如果百分之九十的市民聯(lián)合起來對抗一個共同的敵人，我們會天下無敵的！”

實際上，電影中這個9:1 的“人口”比例，并非編劇隨手一寫的設(shè)定，而是基于自然界中一條基本的規(guī)律。

圖片來源：電影《瘋狂動物城》

為什么在自然界中，像尼克這樣的食肉動物，總是比像朱迪這樣的食草動物少呢？為什么大自然不讓大家平分秋色？

大自然的“能量稅”

在這個“人口”比例的背后，是一雙看不見的大手——能量流動。

生態(tài)學(xué)中有一個著名的“能量金字塔”模型：金字塔的底部，是大量的植物或藻類（初級生產(chǎn)者），它們利用光合作用將太陽能“存”了下來，構(gòu)成了生態(tài)系統(tǒng)的能量基石。

圖片來源：Wikimedia commons

隨著食物鏈向上延伸，能量像接力棒一樣，從吃草的初級消費者，傳遞給吃肉的次級、三級消費者，最終到達(dá)金字塔尖的頂級捕食者。

兔子的食物苜蓿屬于生產(chǎn)者。動物城中的角色：兔、狐和猞猁分別屬于初級消費者、次級消費者和三級消費者。圖片來源：wikimedia commons

然而，熱力學(xué)第二定律告訴我們，能量在轉(zhuǎn)化過程中必然會有損耗。“朱迪”吃草、奔跑、呼吸、甚至只是維持體溫，都需要大量的能量，這些能量最終以熱能的形式散失在環(huán)境中，無法傳遞給想吃掉她的“尼克”。
事實上，在每一個營養(yǎng)級中，僅有約 10% 的能量能夠被“存”下來并傳遞給下一級。這個比例是一個典型的經(jīng)驗值，實際范圍大約在5%到20%之間。這就好比大自然征收了極高的“能量稅”。層級越高，剩余的能量越少，能夠供養(yǎng)的“人口”自然也就急劇減少。

其實，像故事中那樣，將動物的數(shù)量比設(shè)為9：1并非完全嚴(yán)謹(jǐn)。因為生物的體形大小懸殊，每一個個體所需的能量也差距很大。因此，能量之比并不能完全等同于數(shù)量之比，但“捕食者遠(yuǎn)少于獵物”的總體趨勢是恒定的。

為什么不能大家一起吃素？

既然做食肉動物這么“費”能量，捕獵風(fēng)險又高，為什么還會有動物選擇吃肉？像羊副市長的理想世界那樣，大家一起快樂地吃草不好嗎？

其實，大自然的演化已經(jīng)給了我們答案：因為動物也怕“內(nèi)卷”！

回到進(jìn)化的原點，起初大家可能都想吃像植物這樣簡單的東西，但植物雖多，營養(yǎng)密度卻低，而且競爭者眾多。

數(shù)量眾多的兔子們 圖片來源：電影《瘋狂動物城》

其中開始有一些“另辟蹊徑”的先驅(qū)，演變出了消化肉類的能力。雖然肉類食物更難獲得，但一旦抓到，就是高蛋白、高脂肪的“能量炸彈”。更重要的是，這讓它們跳出了對植物資源的“紅海競爭”，占據(jù)了全新的生態(tài)位，獲得了新的生存優(yōu)勢。

長此以往，動物就逐漸進(jìn)化出了兩條截然不同的生存策略：食草動物靠量取勝，雖然營養(yǎng)低，但它們不停地吃，還進(jìn)化出復(fù)雜的消化系統(tǒng)來榨取養(yǎng)分。而食肉動物靠質(zhì)取勝，雖然可能幾天才吃一頓，但一頓管飽，進(jìn)化出短而精的消化道。

植食性動物的復(fù)雜消化道與肉食性動物的精簡消化道 圖片來源：love-around

永不停歇的“軍備競賽”

不止是消化系統(tǒng)，為了在各自的賽道上活下去，食草與食肉動物還被迫點亮了不同的“技能樹”。而這，竟然少不了對方的“幫助”？

讓我們對比朱迪和尼克的身體：

圖片來源：電影《瘋狂動物城》

朱迪有長在靠頭部兩側(cè)的眼睛和長長的耳朵，可以敏銳地偵測危險，及時發(fā)現(xiàn)周圍的捕食者。朱迪的寬寬腳掌和有力的后腿賦予她強(qiáng)大的奔跑和跳躍能力，這也是自然界中的兔子逃離捕食者的主要工具。

圖片來源：North American Nature

尼克的眼睛則靠近臉的前方，耳朵像雷達(dá)一樣可以旋轉(zhuǎn)，這樣的結(jié)構(gòu)有利于狐貍們鎖定獵物，精準(zhǔn)出擊。他還長著鋒利的牙齒，有利于撕咬獵物的肌肉。

在電影中，人們對狐貍有著“狡猾”的刻板印象，但這從另一方面也體現(xiàn)出，自然界中的狐貍會運用各種方法偽裝自己、迷惑敵人，是一類“以智取勝”的生存大師。

圖片來源：allthingsfoxes

他們的這些特點并不是憑空出現(xiàn)的，而是來自于漫長的生物演化過程中，捕食者與被捕食者之間的一種“協(xié)同演化”：

如果沒有食肉動物的追捕，食草動物可能不會跑得這么快，感官也不會這么敏銳；如果沒有食草動物的逃跑和偽裝，食肉動物也不會進(jìn)化出復(fù)雜的狩獵策略和強(qiáng)大的爆發(fā)力。

在自然界中，“朱迪”和“尼克”可能無法成為一對默契的斷案拍檔，但它們也不僅僅只是死對頭。在捕食與被捕食的關(guān)系中，它們也成為了彼此的“健身教練”和演化的“磨刀石”。

缺一不可的平衡

回到電影，羊副市長試圖建立一個沒有捕食者威脅的世界，這聽起來很美好，但在科學(xué)上卻是災(zāi)難性的。

對生態(tài)系統(tǒng)而言，食肉動物的捕食行為，其生態(tài)學(xué)意義遠(yuǎn)非簡單的殺戮，而是為了維持系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

食肉動物的存在不僅控制了獵物的數(shù)量，防止了資源的過度消耗（如植物被吃光），還能清除老弱病殘，維持獵物種群往健康的方向發(fā)展。失去了這些捕獵者，往往會導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)崩潰、害獸泛濫、環(huán)境惡化等連鎖反應(yīng)。

捕食者（藍(lán)色實線）與被捕食者（綠色虛線）的數(shù)量有著互相制約、維持平衡的關(guān)系 圖片來源：thenature education

在《瘋狂動物城》這部幻想作品中，動物們通過文明戰(zhàn)勝了野性，才建立起這個沒有殺戮，“眾生平等”的烏托邦式社會。而在真實的自然界里，正是這種我們通常稱之為“野性”的動態(tài)平衡與自然法則，守護(hù)著地球生生不息的活力。

圖片來源：電影《瘋狂動物城》

捕食者與被捕食者雖然不同，但生態(tài)系統(tǒng)的健康發(fā)展正需要這些多樣化的存在。這與電影所傳達(dá)的理念，也算是“殊途同歸”了。

作者：張一凡

審核：李穎超北京林業(yè)大學(xué)博物館科普與社會教育中心主任

本文在科普新媒體平臺“蝌蚪五線譜”刊發(fā)，經(jīng)授權(quán)發(fā)布