史前动物为什么都那么大?

2021-04-06 06:54人已围观

在稳定的环境下,自然选择对高大的动物总是有利的。无论是获取食物、抢占栖息地、抵御天敌,它都会占尽优势,在求偶阶段会受到异性的青睐。所以大型动物更容易存活下来,留下更多的后代。因为遗传,大个体的后代往往更大,生存和繁衍的优势可以代代相传并得到巩固。

根据科波拉定律,动物总是随着时间的推移而变大,直到大规模灭绝到来,这时巨型动物灭绝,较小的动物取而代之。巨型史前动物,比如恐龙,都是这样出现的,也是这样灭绝的。到目前为止,最后一次灭绝事件发生在12000年前,最大的活着的动物就是这场灾难的幸存者。理论上来说,以后肯定能看到比恐龙还大的动物。

说到史前动物,人们首先想到的是它们,理所当然地认为它们都比现代动物大得多。事实上,虽然许多史前生物确实非常庞大,但我们熟悉的巨型史前动物并不同时出现。巨型恐龙,包括食草的巨型蜥脚类动物如银恐龙和梁龙龙,以及食肉的大型兽脚类动物如霸王龙,生活在中生代的侏罗纪和白垩纪,从大约2亿年前到6600万年前。约4500万年前,新生代始新世,地球上出现了第一波巨型哺乳动物,包括犀牛等尤因兽和巨型埃兽。长毛猛犸象、几吨重的地面树懒和雄伟的剑齿虎生活在大约500万到12000年前的最后一个冰河时期。四足动物登陆至今已有3.7亿年。出现这么多巨型动物的浪潮是正常的。我们不能把整个地质历史和今天的时期相比较。

史前动物并不都那么庞大,恐龙在中生代与我们哺乳动物的原始物种共享同一片土地,大多数只有老鼠那么大;最小的恐龙——,只有40厘米长,有羽毛。史前动物不一定比今天的同类或相关物种大。生活在6000万年前古新世的泰坦巨蟒,体长12.8米,比公交车还长,重1.1吨,相当于一辆大众polo车的重量,比现有的所有巨蟒都要大得多。而与泰坦巨人大致生活在同一时代的马——的祖先比现在的马小很多,肩高只有40厘米,只有狐狸那么大。

为什么有些史前动物能长这么大?早在19世纪,科学家们就发现,根据化石记录的信息,动物总是随着时间的推移而变大。这个规则叫做科帕定律。根据达尔文进化论,动物有过度繁殖的倾向,而且因为变异,后代越来越大,越来越小。在稳定的环境中,自然选择总是有利于大型动物。体型大意味着效率高,‘大象-老鼠’曲线告诉我们,体重越大,单位体重耗氧量越小。无论是草食动物还是食肉动物,高大的个体都会利用优势获取食物,抢占栖息地,抵御天敌,在求偶阶段也会得到异性更多的青睐。所以大型动物更容易存活下来,留下更多的后代。因为遗传,大个体的后代往往更大,生存和繁衍的优势可以代代相传并得到巩固。这样,在自然选择强大而持久的作用下,动物向越来越大的方向发展。那些巨型恐龙和古兽都是经过几千万年的进化才出现的。

自然界一定有一种反作用力阻止动物变大,不然我们今天就全是野兽了,引力就是这样的反作用力。科学家推测,恐龙的骨骼和肺的生理学很可能与鸟类相似。它们的骨头上有气穴,可以减轻它们的重量,防止它们长大后塌陷。它们的肺也非常强壮,这使得它们能够更有效地呼吸和交换热量,从而支持它们长得更大。现存最大的动物蓝鲸也是历史上最大的动物之一。它们生活在海洋中,水的浮力可以帮助它们支撑体重。正是因为这个原因,海洋中的动物通常会比陆地上的动物长得更大。

当然,阻止动物持续生长最有力的反应是生物灭绝。在稳定舒适的环境中,动物总是越长越大,放大往往伴随着特殊化,使得巨型动物成为适应当前环境的‘专家’。但环境并不总是一成不变的,地球内外和太空中的各种因素都有可能导致环境在短时间内发生剧烈变化,所以这些无处可逃、繁殖缓慢的巨型动物首先遭殃。因此,扩大化是动物进化道路上的死胡同,会给动物带来暂时的繁荣和最终的灭绝。当大灭绝来临时,巨型动物灭绝,新的更小的动物取而代之,重新走上大规模灭绝的道路,直到下一次大灭绝来临。

很多人说,过去的动物之所以大,是因为史前大气含氧量高,缺乏科学道理。地球上含氧量最高的时期不是恐龙时代,也不是新生代的两兽时代,而是恐龙出现前一亿多年的古生代石炭纪,当时大气含氧量达到35%。恐龙时代前夕的三叠纪是寒武纪大爆炸以来大气含氧量的最低点,只有15-18%。恐龙时代大气氧含量为15-25%,新生代为21-25%,无明显差异。可见,恐龙的大小与含氧量无关。但含氧量高并不能刺激体型的增长,反而有助于支撑体型较大的动物,尤其是昆虫等无脊椎动物。昆虫只有气管而没有肺,呼吸器官不发达,因此需要空气中含氧量高,才能给较大的身体供氧。石炭纪蟑螂大如家猫,蜻蜓大如海鸥。

其他人说动物曾经很大,因为气候温暖。持这种观点的人只知道一件事,不知道另一件事。根据贝格曼法则,在寒冷的环境下,温血动物越大越好。越大意味着表面积/体积越小,热量损失越少,所以不需要浪费太多的能量来维持体温。而爬行动物则恰恰相反。在温暖的环境中,它们越大,就越能隔离热量,防止动物过热。今天全球平均气温15,明显低于恐龙和古近纪巨兽,也明显高于冰河时期巨兽。所以温度和巨型动物的出现关系不大。

那么,我们今天看不到恐龙、安氏兽、猛犸象这样的庞然大物是什么原因呢?科波拉已经告诉我们答案了。在这些巨型动物的高峰期过后,地球经历了一次大灭绝事件。6600万年前白垩纪末的灭绝消灭了恐龙,3400万年前始新世末的灭绝杀死了包括安格斯在内的大部分大型哺乳动物。大规模灭绝后,巨型动物可能需要几百万年甚至几千万年才能再现。恐龙灭绝后,巨型哺乳动物花了1500万年才进化出来。最后一次灭绝事件发生在更新世末期,猛犸象、剑齿虎等巨型动物相继倒下。这种灭绝仅仅发生在12000年前,没有时间进化出新的巨型动物。今天,陆地上最大的动物,如大象、犀牛、野牛、北极熊和老虎,不是新形成的物种,而是灾难的幸存者。

理论上,我们将来可以再次看到恐龙大小的陆地动物。毕竟,我们和有史以来最大的哺乳动物——蓝鲸共享一个星球。蓝鲸的体型超过了历史上所有陆地动物的体型,包括恐龙。只有中生代的巨型鱼龙在体型上可以和它相比,所以我们没有理由抱怨今天没有看到任何巨型生物。

按照正常的生物进化规律,几百万到几千万年后,陆地上会出现达到甚至超过恐龙大小的巨人。然而,人类活动正在阻止这一切。近数百年来,大多数大型动物都遭受了不同程度的分布萎缩和数量急剧下降。在这种情况下,大型动物存活是有好处的,更不用说增加体型了。在这个人类取代自然选择的时代,动物会发现小型化更有优势。在栖息地破碎、食物短缺的环境条件下,小动物容易生存,人类滥杀更多是针对高大动物。在过去的一两百年里,东北虎、咸水鳄、大白鲨、抹香鲸的体型都有不同程度的下降。恐龙和猛犸象都死了,不能复活。为了不让我们的后代感叹为什么看不到大动物,我们应该保护我们的地球家园和我们的动物伙伴。

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