龙是一种子虚乌有的动物，但历史上却不约而同出现在许多民族的神话传说中，尤其是我们中国人，还自称是龙的传人。
当然，在各国的传说中，龙的形象也不一样。
譬如在东方，中国龙的形象是牛头、鹿角、蛇身、鱼鳞，能上天入地，呼风唤雨；而在西方，龙通常被描述为有着类似美洲狮的身体、两只巨大的蝙蝠翅翼。
两者除了形象差异巨大，本领也不尽相同：中国龙喷水，西方龙喷火。
它们唯一的共同点是都会飞。
既然如此，它们为什么都称“龙（dragon）”呢？这个问题只能去问当年把中国龙译成“dragon”的西方传教士，或者把“dragon” 译成龙的人了。
龙虽然在地球上并没有出现过，但这不妨碍我们去想象，假如把进化过程倒退几亿年，龙是否有机会进化出来？它们的生物学特性是否真的可行？在以下的文章中，我们将探讨龙在现实世界中可能出现的方式。
需要事先声明的是，龙喷水并不难，很多动物，像蓝鲸和一些软体动物都会喷水，但喷火就难多了；再说，喷水不够新奇，但喷火是够刺激的，并且中国龙没有翅翼就能穿云破雾，不符合空气动力学；所以，下面提到的龙主要指西方那种会喷火的龙。
注意哦，我们是从科学的角度谈论这一话题，尽可能让每一个环节都有充分的科学依据，而不是天马行空的胡乱瞎想。
好吧，让我们从龙的空气动力学谈起。
上篇 如何让龙飞起来？更贴近现实的龙的形象要让动物飞上天，首先要有翅膀。
想必你已经知道，有翅翼并不意味着就能飞。
鸵鸟就不会飞，是不是？家养的鸡、鸭、鹅虽能扑腾几下，但也不能算真正会飞。
有翼动物能否飞行取决于它的重量、身材、翅膀的形状、总的翅膀面积，以及它的肌肉力量。
鸡、鸭、鹅之所以飞不起来，一是太重，二是它们的翅膀力量已经退化。
所以，西方传说中的龙，身体可以大到令人难以置信的程度，这当然是不现实的。
我们可以利用飞行动物的科学知识来获知，要想在空中飞行，龙需要具备哪些解剖学特征，以及它可以有多大。
在讨论之前，先明确一下：在西方，传统上龙被描绘成有四条腿；但在电影、电视中它们经常以有两条腿的形象出现。
考虑到现实中鸟类、蝙蝠和翼龙都只有两条腿，我打算在下面的讨论中采用后一种形象，因为它在生物学上有现成的例子，也更符合大自然的进化方式。
所以我们探讨的龙是两条腿的。
巨型动物飞行需要哪些特征？虽然能在空中遨游的龙只出现在神话中，但巨型动物的飞翔之梦在地球史上还真的被一种爬行动物——翼龙——实现了。
最大的翼龙是风神翼龙。
风神翼龙大约生活在距今约8400万年前到6500万年前的晚白垩纪。
它大约有长颈鹿那般大，也有着长脖子，体重最大估计可达250千克。
鉴于如此大的负荷，很难想象这个巨型动物曾经飞上天空。
然而，古生物学家研究了风神翼龙的化石之后，发现了一些非常聪明的适应性。
像鸟类一样，它们的骨头是中空的，这样可以大大减轻体重。
不过，尽管骨头中空，但仍然足够坚实，足以支撑其身体重量。
并且风神翼龙的骨头里有气囊，可以储存空气，这有助于它们在呼吸时吸收更多的氧气。
具体来说，我们在每一次呼吸中，氧气的利用率只有50%。
换句话说，吸入的氧气有一半还没有被肺泡吸收，就随着呼气被排出去了。
但这些翼龙骨头里的气囊，可以帮助它们储存更多的氧气，飞行时可以利用这些氧气，而不是单靠它们的肺。
风神翼龙对于飞行动物，为克服沉重的体重，它们需要强壮的腿部肌肉来将自己推离地面（你注意过没有，所有的鸟，腿部肌肉总是最发达的）；然而，强壮的腿部肌肉意味着增加了体重，为克服这增加的体重，以便平稳地保持在空中，它需要更强壮的翅膀肌肉；翅膀肌肉更强壮又意味着增加了体重，需要更强壮的腿部肌肉来推开地面，如此等等，于是陷入一个怪圈。
为了跳出这个怪圈，进化设计出一个高明的解决方案。
翼龙不像鸟类那样用腿跳离地面，而是像蝙蝠那样用脚稍稍推开地面，然后就开始使劲拍打翅膀，借助翅膀升力，最后飞向天空！假如用飞机作比较，那么鸟类的起飞更类似于喷气式飞机，而翼龙的起飞更类似于直升飞机。
这样，对腿部肌肉的要求就可以降低。
我们的龙可以有多大？说完了龙的基本特征，咱们再探讨龙的其他细节。
首先，龙有多大呢？这倒不难，在飞行方面，有现成的风神翼龙可供模仿，只要让我们的龙模仿风神翼龙，让它具有类似风神翼龙的骨骼和翅膀，就可以了。
前面说过，飞行动物不能大得太离谱。
风神翼龙身高大约5.5米，翼展11米，比F-16战斗机的翼展还要大。
显然，我们探讨的龙的大小和体重也会跟风神翼龙差不多，尽管身体比例会有不同。
虽然大得不那么惊人，但我们假设的龙与《驯龙高手》电影中的大多数龙处于相同的规模。
它们的高度也可以与《哈利·波特》和《权力的游戏》中的一些稍小的龙相媲美。
不过，一些古生物学家怀疑风神翼龙和其他巨型翼龙在年轻时主要是为了躲避捕食者而飞行的，随着它们长大成熟，飞行就越来越少了。
有可能成年之后，它们就只进行短距离的飞行了，类似鸡鸭鹅的扑腾。
但这只是怀疑而已，因为野鸡、野鸭和天鹅都是可以飞的，所以这并不妨碍我们对龙是可以飞的探索。
另外，在翼龙生活的中生代，大气层中可能含氧更丰富。
这意味着食物可以消化得更彻底，动物从食物中可以获得更多的能量。
这样，它们的肌肉也更有力。
我们的龙要想像风神翼龙那样表现出色，可能也需要这样的条件。
不过，大气层中含氧问题是一个次要的枝节问题。
最后，我们的龙需要比风神翼龙有更多的器官，才能完成为它们挣得名声的一项绝技：喷火。
喷火在生物学上是可行的吗？中篇 一条龙怎样才能喷火？能飞行的动物，自古至今很多，但能喷火的动物旷古未曾有过。
要想让龙喷火，首先，龙的身体里需要产生和储存一些挥发性的易燃物质。
然后，它需要将其高速喷出。
这有点像打喷嚏，但比打喷嚏持续时间更久，更具可控性。
最后，龙需要在喷出燃料的时候点燃它，同时还需要从内部和外部两方面保护自己，以免“玩火自焚”。
一个有肉体之躯的动物能做到这一切吗？没有现成的答案，让我们摸索着试试看吧。
第一条会喷火的龙：甲烷龙要让龙喷火，首先要解决燃料问题。
在现实世界，大自然中存在有一种能够在许多动物的体内形成的易燃物质，那就是甲烷。
甲烷是由动物的肠道微生物在分解食物时产生的。
前面我们已经确定，龙会进化出气囊来储存为其飞行提供动力的氧气。
也许类似的气囊也可以进化出来用于收集甲烷。
要能持续喷火，自然涉及燃料的数量问题。
一条喷火龙喷一次火需要多少燃料呢？让我们以目前军队里使用的火焰喷射器为标准，来确定龙在一次喷火之前至少需要储备多少甲烷。
X15型火焰喷射器的火力在满油的情况下，X15型火焰喷射器的射程可达14米，而且可以持续喷一分钟。
喷射器可装任何液体燃料，但以75%汽油和25%煤油的混合物为佳。
喷射器的容积是13.25升，如果燃烧这种混合物，会释放出大约460兆焦耳的热量。
假设我们的龙在与X15相同射程的情况下，也可以一次喷火一分钟。
它要释放同等热量，相当于要燃烧8.3千克甲烷。
问题来了。
在38℃的体温（许多温血动物的体温都在37℃上下，所以做这样的假设是合理的）和正常大气压下，这么多的甲烷将占据13立方米的空间。
假设甲烷事先储存在一个燃料囊里，这个囊的体积差不多是一条灰鲸体积的73%。
别忘了，这条龙是要飞的，而且不是飞艇，这个体积对于它，绝对是太大了！要想缩小体积，龙可以把这么多甲烷压缩到0.97立方米——大约是一头大象体积的五分之一，但这需要很大的压强：1400千帕斯卡。
即使燃料囊进化为大致的球形，以尽量减少其表面积，龙身体上的骨骼和肌肉仍然需要施加大约652吨的力来压缩它，或者说，龙的身体从内部需要承受这样大的压力。
好吧，对于我们的第一条龙来说，还不算太坏。
虽然有明显的缺点，但是，至少我们能让它有喷火的燃料了！我们可以把这个大而笨重的家伙称为“甲烷龙”。
甲烷从哪儿来？那么，甲烷龙喷火所需的甲烷从哪儿来呢？根据计算，甲烷龙要喷一次火，需要以比奶牛快676倍的速度生产甲烷，而奶牛已经是世界上生产甲烷最快的动物了。
看来让甲烷龙自己生产这么多甲烷，是有很大难度的。
当然，在某些情况下，甲烷龙也可以从空气中吸入甲烷。
例如，它可以生活在像沼泽这样的地方，那里的空气中有高浓度的甲烷，它可以吸收沼泽地里高浓度的甲烷。
然而，在这样的栖息地，它一旦喷火，将会把周围环境都点着，自身也难保。
一个更好的选择是，它不是生活在沼泽地里，但它能定期回到沼泽地，加满燃料。
另有一个特别的想法：如果甲烷龙在一个不怎么通风的空间里，譬如说山洞，养一群牲畜，会怎么样？如果它捕获了大量的牛或其他能制造甲烷的猎物，将其困在山洞里，让它们排出甲烷，直至饿死（这只是假设，因为我们不相信甲烷龙智力已经高到懂得圈养的程度），它就可以吸入甲烷来补充燃料，然后在牛死后吃掉它们。
这种方式，虽然残酷，但能为甲醇龙提供大量甲烷的同时，还可以获得有用的物质：包括铁。
这种物质的重要用途后面会谈到。
火星该如何产生？现在我们的“甲烷龙”已经有了燃料。
虽然甲烷是易燃的，但还得想办法把它点燃，否则它们自己是燃不起来的。
那么，第一个火星该如何获得呢？也许我们的龙可以在喉咙或嘴里拥有某种天然的火石，并将其摩擦以点燃火焰。
这并非不可思议。
试想，坚硬的牙齿能从柔软的肌肉中长出来，这本身就是进化的一个奇迹。
我相信，类似的奇迹也能在我们的龙身上发生。
这样，甲烷龙可以通过刮擦牙齿来加热离开它们口中的甲烷。
这点燃了的甲烷，在它们嘴外产生了小火苗，如此就可以点燃喷出去的甲烷。
或者，我们的龙还可以摄取小石头，把它们放在嘴里互相撞击，从而产生火星。
另外，龙还可以采用与X15型火焰喷射器相同的点火方式。
X15使用压缩的二氧化碳来喷射燃料，靠二氧化碳气体与容器壁的快速摩擦产生火星。
它使用的二氧化碳是不可燃的，这样，燃料不会在没喷出去之前，就燃烧起来！X15特别使用了一个500克的二氧化碳罐，其压强为5.5兆帕斯卡。
我们可以设想，甲烷龙有另一个容积为6升的二氧化碳气囊，用它超强的肌肉来压缩气体。
然而，它的肌肉至少要比大象的肌肉坚实、有力9.8倍，才能获得与X15相同的射程。
不管用什么办法，甲烷龙总会想办法产生火星，从而完成喷火任务的。
甲烷龙会怎么进化来那么，甲烷龙是怎么进化出来的呢？我们设想，甲烷龙的进化始于一种小型的有翅膀但还不会飞的动物。
它是甲烷龙的最早的祖先。
这个小家伙看起来并不那么让人印象深刻，但就像翼龙的祖先一样，它具有敏锐的视力，还能敏捷地转动头部。
甲烷龙的这个祖先并不是大型掠食动物的对手，但它们有个秘密武器：能收集并排出它们在消化过程中产生的气体。
这些气体包括甲烷和二氧化硫，很难闻。
这对于威慑掠食者不失为一种有用的武器。
这一点，你想想黄鼠狼就知道了。
只不过黄鼠狼放的是臭屁，而甲烷龙的祖先是从嘴里排出臭气。
在甲烷龙的祖先幸运地让自己臭得没人敢碰的同时，突变还使它们具有更强的咬合力，这有助于它们咀嚼坚硬的食物。
随着时间的推移，甲烷龙的祖先开始跑得更快，也慢慢地具备了飞的能力，以便逃避它们为抵御掠食者而燃起的大火。
为此，它们发展出更强壮、更有效的肌肉。
就像现实中的翼龙祖先一样，这些甲烷龙的祖先最终进化出气囊，从而赋予它们更高更强的飞行能力。
它们强大而高效的肌肉使它们比其他同体型的飞行动物能够承载更大的重量，所以它们进化得更大。
体型的增大也使它们更容易击退掠食者。
与此同时，气囊周围的肌肉也变得更强壮，使它们能够进一步压缩甲烷，让同等空间容纳更多的甲烷。
这种适应性使得它们火力攻击的威力更大，范围更广。
这个时候，我们可以说它们是真正的甲烷龙了。
燃料升级，甲烷龙进化为甲醇龙但甲烷龙面临的问题有点多。
除了它的身体需要承受惊人的压力外，它的大块头在飞行中会遭遇难以克服的阻力，而且它的气态甲烷在喷出去时会很快散开，很难集中火力瞄准目标。
总的来说，这样的设计在解剖学上不是非常实用。
我们需要一种更有效的方法来制造火焰。
例如，假如我们的龙能将气态的甲烷转化为液态的甲醇，那会怎样？甲醇占用的空间将比甲烷少得多（只需要25.8升），而且作为一种液体，喷射的时候更容易控制。
所以作为喷火龙，用甲醇要比甲烷好。
那么，一种动物有可能在自己体内将甲烷转化为甲醇吗？可以，但这个过程很复杂。
单从化学上说，从甲烷制造甲醇很简单。
在至少50个标准大气压下（这听起来很大，但这只是一个体重45千克的人穿着高跟鞋踩到你脚上时施加的压强的一半，虽然你不愿意被人这么踩，但踩了似乎也还能忍受），将2个甲烷分子与1个氧气分子在催化剂的帮助下结合（至于用什么催化剂，稍后再讲），你会得到2个甲醇分子。
但这个反应的效率只有5%。
除了反应效率低，还有一个因素制约着甲醇的生产速度，即散热。
因为这个过程将产生大量的热量，你总不希望我们的龙很快生产出足够一次喷火的燃料，却因为没法及时散热，而把自己烤成熟龙肉吧。
所以，为了让龙的体温不至升高，生产甲醇的速度绝不能太快。
综合上述考虑，那么我们的龙需要多久才能制造出足够的甲醇，足够一次喷火之用呢？鉴于计算过程比较复杂，这里只给出答案：86268秒，约等于1天。
一天能尽兴地喷一次火，对于一条龙来说，不算太坏。
我们不妨给这条龙取个名字：甲醇龙。
甲醇龙的催化剂问题但是，甲醇龙要制造出足够一次喷火之用的燃料，不仅需要整整一天，并且还需要催化剂的帮助，那催化剂又从哪里来呢？说起这个催化剂，还比较特别，它是嵌入石墨烯的铁。
石墨烯是一种超薄的材料，只有一个原子厚。
把石墨一层层剥离，单层的石墨就是石墨烯。
石墨烯的结构是网状的。
把铁微粒塞进石墨烯的一个个网眼，就是这个反应用到的催化剂。
肉类中富含有铁，所以甲醇龙可以从它吃的肉中摄取铁。
至于石墨烯，其唯一成分是碳，甲醇龙几乎可以从任何有机物中获得。
当然，如何把有机物中的碳变成石墨烯，这是科学上目前还没解决的难题。
不过我们权且认为催化剂的问题甲醇龙也可以解决。
我们假设早在甲烷龙时期，就已进化出在体内合成石墨烯的本领。
石墨烯和铁结合，导致甲烷龙最终能生产甲醇。
这样，甲醇燃料的生产问题，就算没问题了。
这时，甲烷龙开始朝甲醇龙进化了。
甲醇龙如何防自身中毒但是，甲烷龙朝甲醇龙进化的过程并不顺利。
有几个生物化学问题需要解决。
首先，甲醇是有毒的，它可以通过与动物的身体接触而被吸收。
吸收之后，甲醇会被某种酶氧化，形成甲醛，然后又转化为甲酸。
甲酸会在血液中积聚，阻止部分细胞的运作，并导致神经损伤等问题。
所以大量的甲醇对龙是有毒的。
更糟的是，这并不是甲醇龙会产生的唯一毒素。
一些次要的反应还会产生一氧化碳。
一氧化碳中毒，也就是所谓的“煤气中毒”，在生活中是很常见，也是很致命的。
幸运的是，有一种叫做“甲吡唑”的化学物质可以阻止有关的酶形成甲醛。
甲吡唑是由常见的碳、氮和氢元素组成的，这些物质在自然界中都很丰富。
因此，也许我们的甲醇龙能在体内合成甲吡唑，以保护自己免受甲醇的毒害。
至于一氧化碳，实际上自然界中有一些微生物以消耗这种有毒气体获取能量。
也许甲醇龙肠道内也包含这些微生物。
事实上，一些微生物能将一氧化碳和水转化为甲烷和二氧化碳，而甲烷恰好是甲醇龙制造甲醇的原料，二氧化碳则是产生火星需要用到的气体。
只要体内有了合适的微生物群，我们的龙就能把毒药变成动力。
以乙酸为燃料的乙酸龙虽然甲醇比甲烷体积小，喷的火也比较集中，但它的燃烧却缓慢，而且火焰是淡蓝色的。
这与你对龙的期望不尽相同。
更重要的是，在把甲烷转化为甲醇的过程中，我们可怜的龙肌肉必须承受气囊施加的巨大压力。
哪怕它一动不动，也要消耗大量体能，从而可能力竭。
最后，用甲烷合成甲醇，需要催化剂，其中一种成分是石墨烯，虽然我们假设早在甲烷龙阶段，就已进化出在体内合成石墨烯的本领，但遗憾的是，目前除了人类，我们不知道还有什么生物可以生产石墨烯。
所以我们的假设没有了根据。
看来我们需要绕开甲醇，寻找另一种燃料，幸运的是已经有一个了：乙酸。
乙酸俗称醋酸，是一种天然存在的挥发性液体。
一条以乙酸为燃料的龙，要想一次喷火达到X5型火焰喷射器的规模，需要大约31.6千克乙酸。
储存这些乙酸的燃料囊需要30升的空间，比甲醇所占的空间要大一点（甲醇25.8升），但其好处是巨大的：一，它不必承受巨大的压力，因此对肌肉力量没有过高要求；二，乙酸更容易生产。
当然，乙酸作为燃料也并非十全十美。
譬如乙酸相当容易爆炸，我们的龙在使用时须万分小心，不要一次用得太多。
另外，乙酸必须在酶的作用下，分解成甲烷和酮混合气体才能点燃。
但总的来说，它的缺点比起它的好处，几乎微不足道。
乙酸龙会怎么进化来？乙酸龙的进化与甲烷龙有相似的起点。
它们也是从不会飞的爬行动物进化来的。
只不过乙酸龙的祖先是杂食性动物，食用大量含糖、酸性和发酵的水果，这些水果富含乙酸菌。
于是，一些细菌开始在乙酸龙祖先的体内繁殖起来。
乙酸龙可以从野花中摄取乙酸菌通过水平基因转移，乙酸龙的祖先从乙酸菌那里获得了抗酸能力。
这种特性使它们能够食用更多的酸性食物，而不必担心酸液腐蚀它们的肠胃。
这是一个很好的适应性，它使乙酸龙的祖先营养充足，并使它们能够消化其他动物因嫌其酸而不愿接触的食物。
我们接下去说。
乙酸龙的祖先进化出抗酸能力，乙酸太多，它们开始在体内储存乙酸。
体内有这么多酸液，咬上一口，牙齿就要酸好几天，这让很多掠食动物对乙酸龙的祖先失去了胃口。
最终，乙酸龙的祖先开始反守为攻，向其余吃食不嫌酸的掠食动物喷射乙酸，刺激它们的眼睛和皮肤，把它们赶走。
与甲烷龙的祖先一样，乙酸龙的祖先进化出一种刮擦牙齿的行为，以帮助它们咀嚼坚硬的食物，并且利用它们刮擦牙齿的行为，乙酸龙的祖先学会了点燃它们呼出体外的甲烷和酮混合气体，产生小火苗。
这些火苗对掠食者不啻是一种警告：“我酸得要命! 不要碰我！”之后，它们进化到用火苗来点燃它们喷出的乙酸。
哇! 到这一步，我们终于有了真正的乙酸龙。
下篇 喷火龙如何生活？前面我们深入研究了龙可以使用哪些燃料以及它们如何控制火焰。
做完这一切之后，我们的喷火龙究竟是怎么生存的？它仍然需要克服许多难题：比如，如何避免烧着自己。
龙如何避免烧着自己？当你不小心把手放在火上，你甚至不需要考虑，身体下意识地就会把它抽回来。
这说明我们的身体天生就讨厌火。
有生命的东西通常对火都避之唯恐不及。
那么，一条喷火的龙如何保护自己不让喷出的火烧着呢？为了回答这个问题，我们求助于气凝胶。
气凝胶是一种纳米级的多孔固态材料，因其半透明的色彩和超轻重量，有时也被称为“固态烟”或“冻住的烟”。
气凝胶能承受上千度的高温，被广泛应用于防火和航天。
气凝胶拥有非常微小的孔隙，孔隙里填充着空气，空气是热的不良导体，而且孔隙限制了空气的流动，所以它们能够出色地防止热量的传导和对流。
因此，如果我们的龙身体表面涂上一层气凝胶，它在很大程度上就能保护自己不被喷出的火焰烧伤。
甚至自然界中已经有自己能生产气凝胶的动物存在了：蜻蜓！蜻蜓的翅膀具有与人造气凝胶非常相似的结构。
科学家甚至借鉴它，用以制造隔热的气凝胶。
蜻蜓在英文中叫“Dragonfly”，字面直译“飞龙”。
谁会想得到，字面的“飞龙”身上藏着打造真龙的关键材料呢！所以，就像毒蛇能进化出防止自己被毒死的机制一样，龙也可以进化出自己产生防火材料的本领。
喷火龙的理想栖息地那么，喷火龙生活在什么地方呢？森林？草原？森林肯定不行。
喷火龙为了捕食，一口火喷过去，整个森林都会被它烧掉，这样它的食物也就没有了