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  • 史前動(dòng)物為什么都那么大?

    夏末訴傷

    在穩(wěn)定的環(huán)境中,自然選擇總是有利于身高體大的動(dòng)物。無論是在獲取食物、搶占棲息地、抵御天敵方面都會(huì)占盡便宜,在求偶階段也能得到更多異性青睞。因此,體型大的動(dòng)物更容易活下來并留下更多后代,而由于遺傳,大個(gè)體的后代也傾向于較大,生存和繁衍上的優(yōu)勢就得以保存并代代鞏固。

    根據(jù)柯普法則,動(dòng)物總是隨著時(shí)間推移而不斷變大,直到生物大滅絕降臨,巨型動(dòng)物滅絕,較小的動(dòng)物取而代之??铸埖染扌褪非皠?dòng)物都是這樣出現(xiàn)的,也是這樣走向消亡的。迄今最后一次滅絕事件是在1.2萬年前,現(xiàn)存最大的動(dòng)物都是這次災(zāi)難的幸存者。理論上講,今后我們一定可以看到比恐龍更大的動(dòng)物。

    提到史前動(dòng)物,大家首先會(huì)想到巨大,并且想當(dāng)然地認(rèn)為它們個(gè)個(gè)都比現(xiàn)代動(dòng)物大得多。實(shí)際上,雖然許多史前生物的確非常非常大,但我們所熟悉的巨型史前動(dòng)物并非同時(shí)出現(xiàn)的。巨大的恐龍,包括植食性的巨型蜥腳類恐龍如阿根廷龍、梁龍和捕食性的大型獸腳類恐龍如霸王龍,生活在中生代的侏羅紀(jì)和白堊紀(jì)時(shí)期,大約從距今2億年前至6600萬年前。約4500萬年前的新生代始新世,地球上出現(xiàn)了第一波巨型哺乳動(dòng)物,包括像犀牛的猶因他獸和碩大的安氏中獸。長毛的猛犸象、幾噸重的大地懶和威風(fēng)凜凜的劍齒虎則是生活在最后一個(gè)冰河時(shí)代,距今約500萬年前到1.2萬年前。四足動(dòng)物登陸已有3.7億年歷史,出現(xiàn)過這么幾波巨型動(dòng)物很正常,我們不能拿整個(gè)地質(zhì)史來比今天這一個(gè)時(shí)期。

    史前動(dòng)物并非都那么巨大,與恐龍同享中生代同一片土地的還有我們哺乳動(dòng)物的原始種類,它們多數(shù)只有耗子大?。蛔钚〉目铸?mdash;—長著羽毛的胡氏耀龍?bào)w長只有40厘米。史前動(dòng)物并不一定比今天的同類或近緣物種大。生活在6000萬年前古新世時(shí)期的泰坦蟒,全長12.8米,比一輛大巴車還長,重達(dá)1.1噸,相當(dāng)于一輛大眾polo轎車的重量,比現(xiàn)存所有的蟒蛇都大得多。而與泰坦巨蟒大致生活在同時(shí)期的始祖馬——今天馬的祖先,卻比現(xiàn)在的馬小得多,它的肩高只有40厘米,僅相當(dāng)于一只狐貍大小。

    為什么部分史前動(dòng)物能長那么大呢?早在19世紀(jì)科學(xué)家就發(fā)現(xiàn),從化石記錄的信息來看,動(dòng)物總是隨著時(shí)間推移在不斷變大,這條規(guī)律我們稱之為柯普法則。根據(jù)達(dá)爾文進(jìn)化論,動(dòng)物都有過度繁殖的傾向,而由于變異,它們的后代有的大一些,有的小一些。在穩(wěn)定的環(huán)境中,自然選擇總是有利于大的動(dòng)物。體型大意味著效率高,"大象-老鼠"曲線告訴我們,體重越大單位體重耗氧量就越小。無論是食草動(dòng)物還是食肉動(dòng)物,身高體大的個(gè)體在獲取食物、搶占棲息地、抵御天敵方面都會(huì)占盡便宜,在求偶階段也能得到更多異性青睞。因此,體型大的動(dòng)物更容易活下來并留下更多后代,而由于遺傳,大個(gè)體的后代也傾向于較大,生存和繁衍上的優(yōu)勢就得以保存并代代鞏固。這樣,在自然選擇強(qiáng)大而持久的作用下,動(dòng)物就朝著越來越大的方向發(fā)展了。那些巨大的恐龍和古獸,都是經(jīng)歷了幾千萬年的演化才出現(xiàn)的。

    自然界也一定存在一股反作用力阻止動(dòng)物變大,否則我們今天早就滿地巨獸了,重力就是這樣一股反作用力??茖W(xué)家推測,恐龍的骨骼和肺部生理學(xué)最有可能與鳥類相似,它們的骨骼上有氣穴,減輕了重量,防止在體型增大時(shí)發(fā)生塌陷。它們的肺也非常強(qiáng)大,使它們呼吸和熱交換更有效率,從而支持其長到更大的體型?,F(xiàn)存最大的動(dòng)物藍(lán)鯨,也是有史以來最大動(dòng)物之一,它們生活在海洋里,水的浮力能幫助它們支撐體重。也正是由于這個(gè)原因,海中的動(dòng)物通常能長得比陸地上更大。

    當(dāng)然,阻止動(dòng)物持續(xù)增大最強(qiáng)大的反作用力當(dāng)屬生物大滅絕。在穩(wěn)定安逸的環(huán)境中,動(dòng)物總是不斷變大,大型化往往伴隨著特化,使巨型動(dòng)物成為適應(yīng)當(dāng)前環(huán)境的"專家"。然而環(huán)境卻不總是一成不變的,地球內(nèi)外和太空中的種種因素都可能導(dǎo)致環(huán)境在短時(shí)間內(nèi)劇變,這樣首先遭殃的就是這些無處可逃、繁殖又慢的巨型動(dòng)物。因此,大型化就是動(dòng)物演化道路上的一個(gè)死胡同,帶給動(dòng)物的必將是暫時(shí)的繁盛與最終的消亡。當(dāng)大滅絕到來,巨型動(dòng)物滅絕,新的較小的動(dòng)物取而代之,重走大型化之路,直到下一次大滅絕到來。

    很多人說過去的動(dòng)物大是因?yàn)槭非按髿庵泻趿扛撸@種說法缺乏科學(xué)道理。地球上含氧量最高的時(shí)期不是恐龍時(shí)代,也不是新生代的兩次巨獸時(shí)代,而是恐龍出現(xiàn)前一億多年的古生代石炭紀(jì),當(dāng)時(shí)大氣中含氧量達(dá)到了35%??铸垥r(shí)代前夜的三疊紀(jì)是寒武紀(jì)大爆炸以來大氣含氧量的最低谷,僅15-18%。恐龍時(shí)代的大氣含氧量為15-25%,新生代是21-25%,并沒有明顯差異,可知恐龍的巨大與含氧量無關(guān)。不過,含氧量高雖不能刺激體型增長,但有助于支持動(dòng)物更大的體型,尤其是對(duì)昆蟲等無脊椎動(dòng)物。昆蟲只有氣管沒有肺,呼吸器官很不發(fā)達(dá),需要空氣中有很高的含氧量才能給較大的身體供氧。在石炭紀(jì),蟑螂有家貓那么大,而蜻蜓大得就像海鷗。

    還有人說過去的動(dòng)物體型大是因?yàn)闅夂驕嘏?。持這種觀點(diǎn)的人只知其一不知其二。根據(jù)貝格曼規(guī)則,在寒冷的環(huán)境中,恒溫動(dòng)物體型越大越有利,體型大意味著表面積/體積比較小,熱量散失較少,可以不必將過多能量浪費(fèi)在維持體溫。而爬行動(dòng)物則正好相反,在溫暖環(huán)境中,體型越大越有利于隔絕熱量,防止動(dòng)物身體過熱。今天的全球平均氣溫是15℃,明顯比恐龍時(shí)代和古近紀(jì)的巨獸時(shí)代低,而又顯著高于冰河世紀(jì)的巨獸時(shí)代,由此可知?dú)鉁馗叩团c巨型動(dòng)物的出現(xiàn)關(guān)聯(lián)不大。

    那么,到底是什么原因?qū)е陆裉煳覀円姴坏较窨铸埡桶彩汐F、猛犸象這樣的龐然大物了呢?柯普法則已經(jīng)告訴我們答案了。在這幾批巨型動(dòng)物出現(xiàn)的巔峰期之后,地球經(jīng)歷了生物大滅絕事件。6600萬年前的白堊紀(jì)末大滅絕消滅了恐龍,3400萬年前的始新世末滅絕事件殺死了包括安氏獸在內(nèi)的大多數(shù)大型哺乳動(dòng)物。大滅絕之后,巨型動(dòng)物重新出現(xiàn)可能需要數(shù)百萬年乃至上千萬年的時(shí)間。恐龍滅絕以后,巨型哺乳動(dòng)物用了1500萬年才演化出來。最近一次滅絕事件發(fā)生更新世末期,猛犸象、劍齒虎等巨獸紛紛倒下,這次滅絕距今只有12000年,還沒有時(shí)間演化出新的巨型動(dòng)物。今天陸地上最大的動(dòng)物——大象、犀牛、美洲野牛、北極熊和老虎等,都不是新形成的物種,而是那場災(zāi)難的幸存者。

    從理論上講,我們今后一定可以再次看到恐龍大小的陸地動(dòng)物。畢竟,我們正在與有史以來最大的哺乳動(dòng)物——藍(lán)鯨共享一個(gè)星球。藍(lán)鯨的體型超過了有史以來所有陸地動(dòng)物,包括恐龍?jiān)趦?nèi),曾生活在地球上的動(dòng)物中只有中生代的巨型魚龍能與之比一比大小,如此說來,我們也沒有理由抱怨今天看不到巨型生物了。

    按正常的生物演化規(guī)律,幾百萬至幾千萬年后陸地上必將出現(xiàn)達(dá)到甚至超過恐龍大小的巨獸。然而,人類活動(dòng)正在阻止這一切。近幾百年來,多數(shù)大型動(dòng)物都遭到不同程度的分布退縮和數(shù)量銳減,這種情況下大型動(dòng)物能活下來就不錯(cuò)了,更別說增大體型了。在這個(gè)人類代替自然選擇起作用的時(shí)代,動(dòng)物會(huì)發(fā)現(xiàn)小型化才更有利。在生境破碎化和食物缺乏的環(huán)境狀況下,體型小的動(dòng)物容易活下來,而人類的濫捕濫殺也更多地針對(duì)身高體大的動(dòng)物。近一二百年,東北虎、咸水鱷、大白鯊和抹香鯨等動(dòng)物的體型都出現(xiàn)了不同程度的下降。恐龍和猛犸已死而不能復(fù)生,為了讓我們的子孫后代不再發(fā)出"為什么見不到大型動(dòng)物"的感嘆,我們應(yīng)該保護(hù)好我們的地球家園,保護(hù)好我們的動(dòng)物伙伴。