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大个头生存大不易

《科技生活》周刊||热度 ( )

记者/李鹏

随着远古时代化石的不断发现,众多史前生物的面纱也被慢慢揭开。熟悉地质学的读者都知道,大约在石炭纪和侏罗纪之间,很多生物的体型都非常巨大,特别是恐龙,小一点的也有几吨重、几米高,某些植食性恐龙,身体竟然能达到二三十米长、五六层楼高。科学家们发现许多体重超过数十吨的恐龙的化石,2-3只恐龙的身体连接起来就和足球场一样长,人类在其面前就如同蚂蚁。

直到万年以前,地球陆地上依旧生活着体型高大的长毛犀牛、猛犸象等一些巨兽,但是后来它们也消失了。为何现在地球的陆地上再也看不到这样的史前巨兽了呢?不同的研究有不同的说法。

空气含氧量下降导致物种变小?

在地球物种进化的漫漫长河中,不同时期的地质、气候及环境特征造就了不同特点的动物类型。研究表明,地球如今的气候其实并非最适合生物繁荣发展。3亿-1亿年前,地球的生态环境比现在要好的多,不像现在有那么多沙漠,空气中氧气和水汽的含量也比现在高一点,温度也略高一点,所以那个时代地表上的生物数量比现在还要多,比如它们的遗体多到都变成了地层中大量的煤和石油,可以想象那个时候地球的生物多样性以及数量有多么丰富。

▲果蝇在高氧(40kPa)、低氧(10kPa) 和正常氧浓度(21kPa)舱室中繁殖11代后个头发生了变化,将后代移回普通气压,它们的体型也会恢复。

企业 北京自然博物馆副研究员王宝鹏告诉北京科技报记者,在恐龙生活的时代,地球上的含氧量也比现在高很多。有研究表明,在距今约2亿年前,地球上曾经爆发了剧烈的火山运动,火山使得当时地球上的二氧化碳含量剧增,造成了温室效应。这种情况下,整个地球很快就变成了一个温热潮湿的“热带雨林”,植被增加的同时也使得当时陆地上的大气含氧量异常充足,大约是当今的1.5倍,由于含氧量高,地球具有更为旺盛的生产力,物种要比现在繁盛得多,这也让恐龙等一些巨兽的食物来源极为丰富,而丰富的食物来源让众多远古生物在竞争中趋向于更大的个体进化,结果就导致巨兽越来越多。这种进化其实就像后来的一些动物物种在隔绝的大陆中个体越来越小一样,都是适者生存在起着内在的作用。

但是后来爆发在地球上的大型灾难,导致地球环境起了变化,恐龙等巨兽一步步走向了灭亡。由于空气中的含氧量也越来越低,幸存下来的个体为了生存和繁衍,在进化的道路上个体也变得越来越小。

企业 并且科学家们通过化石记录发现,在恐龙之前,地球上就有巨大的物种存在,它们就是3亿年前石炭纪的巨型节肢动物,包括超大的昆虫和蝎子,吊兰大小的蜘蛛,还有1.5米长的千足虫等等。其中,最有特点的一种巨脉蜻蜓,翼展可以达到接近1米,有老鹰那么大。那个时候,地上爬行的蝎子以及许多虫类体长也都在1米以上,远古蜈蚣虫的身长甚至可以达到惊人的2.6米。王宝鹏说,现在已经有众多的科学研究证实,石炭纪的许多昆虫个体巨大,与大气中的含氧量高具有很大的关系。

3亿年前,这些体型巨大的昆虫曾经昌盛一时。但经过大约5000万年,从二叠纪的中期到晚期,随着地球大气中含氧量的下降,众多大型昆虫的个头也越来越小了。

企业 近些年,有科学家通过对果蝇的研究发现,有的果蝇在高氧环境中体型增大,有的并没有。但在氧气含量高、气压也高的环境下,接受试验的果蝇生活到第五代,身体尺寸增长了20%。因此一些研究的科学家认为,或许气压高低也与物种个体的大小有很大的关系。

地球引力增大导致远古巨兽消亡?

企业 有一种观点认为,在远古时代之所以巨兽众多,可能与地球引力具有很大的关系,地球引力越小,地球上的生物个体越大;引力越大,生物个体就越小。而那时的地球引力,可能要比现在小很多。这主要是有科学家通过对阿尔卑斯山的调查研究,推断地球的半径比2亿多年前,即阿尔卑斯山开始形成时缩短了2千米。根据万有引力定律,当地球的半径大而质量不变时,地球上物体所受到的引力更小。因此一些人认为,在恐龙时代地球上的生命所受的引力比现在小,因此物种的个体都很大,也会有众多巨兽的诞生。

“这种说法有道理,但是未必正确。”中国科学院高能物理研究所研究员张双南对记者表示,如果那个时候的地球半径大一些,的确物体所受引力就会小一些,但是这样的观点还需要可靠的证据,他本人现在也不相信这个说法。

实际上,从地球的远古时代到现在,地球究竟是在变大还是在变小,目前在科学界依旧没有定论。近些年,国际学术界另外一种观点认为,从远古时代到现在,我们的地球处于持续膨胀中,也就是其体积在持续增大,依据相关专家的推测表明,我们地球的直径,是每百年以约3-5米的平均增长速度发展的,计算起来恐龙时代的地球直径对比现在要少25千米左右。由于地球的质量处于动态平衡的状态,每年逃逸的大气质量和落入地球的质量差不多,也就是说,从遥远的恐龙时代甚至更远的年代,地球的质量并没有太大的变化。这意味着现在物体所受引力要比恐龙时代小一些。如果地球的引力真的对地球生命个体影响巨大的话,现在的生命个体应该比恐龙时代还要大才对。很显然,这样的推论并不符合事实。

行星科学家、中国科学院国家天文台研究员郑永春也对记者表示,地球引力的变化导致巨兽消失并没有充分的依据,更有可能的是在地球生物链或者生态系统的早期,由于地球的生态系统还不是特别复杂,允许一些巨兽的存在,后来由于生态系统越来越复杂,就逐渐不允许巨型生物个体的存在,因为食物就不够了。

企业 实际上,现在我们可以看到,就是在同样地球引力的环境下,同样的某种动植物,在相同的年龄阶段依旧有体积上的差异,比如同一年龄的大象,也不是都长得一样大。再如我们人类,个体也是不尽相同。这里面主要是遗传基因在起着控制作用。

食量太大使巨兽更脆弱?

企业 美国佛罗里达大学生物学博士候选人、巴拿马史密森尼热带研究所的卡特琳娜·皮尼安托认为,一些巨兽巨大的体积反而导致自身变得更加脆弱、更易灭绝。因为较大的动物需要以一系列食物为食,要吃下更多类型的动物,它们会与对手进行更多竞争。而生态系统只能够支持较低的群体密度,因为它们需要更多的资源(包括空间)存活。当食物供给缩小,一些巨型生物可能非常难寻找到足够多的食物。因此,就一步步从地球历史的舞台上消失了。

其次地球的陆地几乎是一个平面生存空间,生存竞争非常激烈,个体小的生物生存的灵活性更大。当地球气候环境等变迁以后,体格小的反而更适合对环境的长期适应。

▲地球历史上最大生物蓝鲸的体型得益于海水浮力和它们独特的进食方式,而陆地上最大的生物蜥脚类恐龙(如雷龙、腕龙)体内则有类似现代鸟类的中空结构 (图片来源于网络)

由于海洋生存空间是立体空间,所以小个体在这里的生存优势并不明显;反而大个体生物在立体空间里更容易获得生存权利,且不易被杀死,这也是现在海洋里大型生物留存得更多的重要原因。直到今天,海洋里依旧生活着长达30多米、重达80吨的蓝鲸。

另外,大个体生物一般生存繁衍频率要低于小个体生物,从基因突变影响进化进程的角度来说,小个体生物通过进化适应环境的先天能力要强于大个体生物,这也是小个体生物更容易适应环境的原因之一。

不过这个过程并不是一直主导着地球进化的过程。前不久,英国剑桥大学发布的一项新研究显示,地球早期存在的一些复杂的有机体在进化过程中变得更高、更大,其原因是要把后代散布到更广阔区域,从而更好地繁衍。

企业 刊登在英国期刊《自然·生态学与进化》上的研究报告说,在比震旦纪(约6.35亿-5.41亿年前)更早的时间里,生命体在体积上都非常微小。然而到了震旦纪,复杂的有机体开始出现,一些甚至在体型上能够长到2米高,它们尽管看起来像蕨类植物,但其实很可能是地球上最早出现的动物之一。

研究人员认为,许多在海洋中成功繁衍的生命,其实是能够把后代“投放”到最远区域并建立聚集地从而占领周边环境的一类,个头足够大才更有利于它们达到这一目的。

该报告主要作者、剑桥大学学者埃米莉·米切尔说,那个时候的海洋充满营养丰富的食物,没有太多的竞争压力,甚至猎食者都还没有出现。团队在化石分析中发现,有明显证据显示它们的体型与扩大繁衍范围有更强的关系。

不过后来,当巨兽在地球上开始崛起并统治地球很长时间以后,随着地球环境的变化,生物的“适者生存”策略又开始青睐体型小的个体和物种了,这也导致了恐龙个体的变小。

在恐龙时代末期,地球的气候变得寒冷以后,恐龙的生存也变得更加困难,并且随着长周期气温的下降及气候的干燥,植物也在不断减少,尤其是引发的食物链的紧张,导致大型恐龙走向了末路。

王宝鹏说,在恐龙的演化中,为了适应不断变化的生存环境,兽脚类恐龙的个体就一直在变小,这有利于它们适应各种各样的栖息环境,并且减少对能量的需求。

再后来,兽脚类恐龙最终演化出了羽毛、翅膀等特征,有很多科学家认为它们就是鸟类的祖先。也就是说,这种体型不断变小的恐龙,在恐龙大灭绝时代却最终活了下来,并且繁衍到了现在。

▲美洲、大洋洲的巨型哺乳动物群曾遭受重创(黑色物种已灭绝,绿色幸存。图片来源于网络)

远古人类大肆捕杀使巨兽灭绝?

自从人类一步步走上历史的舞台以后,地球陆地上所剩不多的一些巨兽,比如剑齿虎、猛犸象、披毛犀等也开始走上了灭绝之路。这些远古巨兽灭绝的原因,科学家曾提出过很多观点,包括人类狩猎活动、陆地变更以及气候变化等,但主要原因可能还是人类导致。尽管单个人类的力量很小,但是当人类学会大规模的集体狩猎以后,再大的巨兽也不再是人类的对手。

企业 近些年,英国埃克塞特大学的研究人员对大量古生物化石、人类迁徙及历史气候变化数据进行了综合分析,结果发现,全球多个地区开始出现人类繁衍的时点,与巨型动物逐渐消亡的时点吻合,这让研究人员得出结论:人类可能是导致远古巨型动物灭绝的主要因素,气候变化只是起到助推作用。

企业 发起这项研究的刘易斯·巴特利特说,尽管基本确定了人类是远古巨兽灭绝的主因,但现在还不清楚具体是哪些人类活动将巨兽推向灭绝边缘,有可能是人类为获得食物猎杀了它们,也可能是人类将巨兽们赶出栖息地导致了它们的灭亡。

不过该项研究的研究人员也表示,尽管他们的数据模型能解释大部分地区巨型动物灭绝的时点和程度,但亚洲地区却是个例外。从化石数据来看,亚洲地区的巨型动物似乎更能适应环境变化,灭绝的过程也更漫长。这意味着对于亚洲的一些史前巨兽为何灭亡这一问题,还需要更多深入的研究。■

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