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鳥 語 花 香 Creature Planet
達 拉 斯 日 報
星 期 一 2024 年 4 月 22 日 Monday Apr. 22, 2024
史 前 巨 型 动 物 为 什 么 现 在 不 存 在 了 ?
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对 史 前 生 物 感 兴 趣 的 肯 定 都 知 道 , 史 前 有 很
多 巨 型 动 物 , 但 是 现 在 我 们 身 边 的 动 物 似 乎 都 不
是 很 大 , 那 些 大 的 动 物 为 什 么 就 不 存 在 呢 ? 今 天
来 和 大 家 说 说 。
本 文 分 为 三 大 部 分 , 分 别 是 : 史 前 巨 型 昆
虫 , 史 前 巨 型 恐 龙 和 当 代 巨 型 哺 乳 动 物 。 他 们 体
型 巨 大 的 因 素 有 一 些 区 别 , 分 别 来 介 绍 一 下 。
01, 史 前 巨 型 昆 虫
1 米 大 的 蜻 蜓 (Meganeura monyi),3 米 左 右
的 巨 型 蜈 蚣 (Arthropleura armata)
一 系 列 巨 型 的 生 物 , 在 泥 炭 纪 的 时 候 , 开 始
广 泛 出 现 在 地 球 上 。
如 果 你 穿 越 到 了 那 个 时 候 的 地 球 , 你 可 能 就
像 来 到 了 电 影 里 《 地 心 历 险 记 》 里 看 到 的 全 是 巨
型 生 物 。
这 是 为 什 么 呢 ? 一 种 理 论 是 氧 气 。 地 球 历 史
上 曾 经 出 现 过 氧 气 含 量 超 过 30% 的 情 况 , 含 氧 量
的 增 加 , 使 得 昆 虫 有 了 长 大 的 可 能 性 。 因 为 许 多
昆 虫 是 通 过 遍 布 全 身 或 部 分 肌 体 的 气 管 吸 收 氧 气
的 。
在 同 一 环 境 下 , 体 型 越 大 , 气 管 ( 呼 吸 系
统 ) 体 积 就 越 大 。
当 氧 气 浓 度 高 时 , 生 物 不 需 靠 增 大 呼 吸 系 统
的 体 积 来 为 增 大 的 体 型 提 供 更 多 氧 气 , 因 此 呼 吸
系 统 对 体 型 的 限 制 影 响 降 低 了 , 允 许 生 物 向 更 大
体 型 进 化 。
说 到 这 里 不 得 不 提 下 地 球 的 氧 气 历 史 。
02, 插 播 —— 地 球 的 氧 气 历 史
今 天 的 我 们 生 活 在 一 个 氧 气 含 量 21% 的 绿 色
世 界 , 然 而 , 地 球 最 初 , 是 没 有 氧 气 的 。 地 球 上
最 早 的 生 命 是 紫 色 而 不 是 现 在 的 绿 色 。 远 古 微 生
物 可 能 使 用 分 子 而 不 是 叶 绿 素 捕 获 太 阳 光 , 因
此 , 这 让 生 物 体 呈 现 出 紫 色 色 调 。 而 那 个 时 候 会
进 行 光 合 作 用 产 生 氧 气 的 蓝 绿 细 菌 只 能 躲 在 更 深
的 海 水 下 面 吸 收 紫 细 菌 吃 剩 的 蓝 紫 光 。
大 氧 化 事 件 , 是 指 约 26 亿 年 前 , 大 气 中 的 游
离 氧 含 量 突 然 增 加 的 事 件 。 这 一 事 件 的 具 体 原 因
尚 不 得 知 , 目 前 只 有 若 干 种 假 说 能 加 以 解 释 。 有
说 法 认 为 , 是 由 于 海 藻 类 植 物 进 行 光 合 作 用 , 使
得 地 球 上 的 氧 气 迅 速 增 加 , 而 破 坏 氧 气 的 甲 烷 细
菌 所 依 赖 的 镍 的 数 量 急 剧 减 少 , 使 得 大 气 中 的 含
氧 量 大 量 增 加 , 所 以 称 为 “ 大 气 氧 化 事 件 ”。 大
氧 化 事 件 使 得 地 球 上 矿 物 的 成 分 发 生 了 变 化 , 也
使 得 日 后 动 物 的 出 现 成 为 了 可 能 。
简 单 地 说 , 在 这 之 前 , 地 球 可 以 简 单 的 认 为
是 无 氧 / 厌 氧 环 境 ( 氧 含 量 0.02%), 氧 主 要 以 化
合 物 的 状 态 存 在 于 水 或 岩 石 中 。 而 在 这 之 后 , 地
球 大 体 上 变 成 了 有 氧 环 境 ( 最 高 据 说 是 30% 多 ,
现 在 是 21%)【1】。
38-24.5 亿 年 前 : 大 气 中 基 本 无 氧 气
24.5-18.5 亿 年 前 : 氧 气 产 生 , 但 是 被 海 洋 和
海 底 岩 ll 石 吸 收
18.5-8.5 亿 年 前 : 氧 气 从 海 洋 中 冒 出 , 被 陆 地
表 面 吸 收 , 以 及 形 成 臭 氧 层 。
8.5 亿 年 前 - 现 在 : 氧 气 不 断 聚 集 。
而 在 此 后 , 出 现 了 一 个 改 变 地 球 生 态 的 现
象 , 那 就 是 , 植 物 开 始 登 陆 ! 最 早 登 陆 地 球 的 植
物 也 只 是 为 了 生 存 , 结 果 他 们 无 限 繁 殖 的 过 程 中
引 发 了 一 次 地 球 生 态 危 机 。
最 初 的 植 物 没 有 叶 子 , 由 于 植 物 的 光 合 作
用 , 使 得 地 球 上 的 氧 气 含 量 逐 步 增 加 , 经 过 大 概
一 亿 年 的 野 蛮 生 长 , 到 了 石 炭 纪 (3.6-2.8 亿
年 ), 地 球 的 含 氧 量 达 到 了 史 无 前 例 的 高 , 超 过
了 30%, 高 浓 度 的 氧 气 , 使 得 地 球 产 生 了 无 数 巨
型 动 物 , 史 前 怪 兽 , 比 如 超 过 一 米 的 蜻 蜓 。
然 而 , 植 物 史 上 第 一 次 危 机 出 现 了 ! 这 次 危
机 , 差 点 毁 掉 了 自 然 界 。
那 个 时 候 的 植 物 , 疯 狂 的 吸 收 二 氧 化 碳 , 然
后 结 果 , 一 瞬 间 , 地 球 的 二 氧 化 碳 , 不 够 用
了 !!! 雾 草 , 什 么 鬼 , 二 氧 化 碳 不 够 用 了 ? 没
错 , 看 到 今 天 的 温 室 效 应 , 你 是 不 是 觉 得 很 离
奇 ?
但 是 事 实 就 是 这 样 , 地 球 上 的 二 氧 化 碳 不 够
光 合 作 用 了 。 植 物 靠 吃 二 氧 化 碳 为 生 ( 光 合 作 用
原 料 : 水 , 二 氧 化 碳 ), 一 旦 二 氧 化 碳 没 有 了 ,
那 植 物 就 无 法 维 持 了 , 于 是 植 物 上 第 一 次 危 机 就
这 么 诞 生 了 。
光 合 作 用 的 原 料
无 数 植 物 死 亡 了 。 而 这 个 时 候 , 多 亏 真 菌 的
出 现 , 分 解 了 尸 体 , 开 始 弥 补 二 氧 化 碳 不 足 , 同
时 有 部 分 植 物 开 始 寻 找 新 的 路 径 , 于 是 叶 子 开 始
登 上 了 舞 台 。 最 后 , 达 到 了 今 天 的 一 个 相 对 平
衡 , 就 是 有 分 解 的 , 也 有 产 生 的 。
巨 型 是 一 种 力 量 优 势 , 但 也 是 一 个 压 力 。 对
于 巨 型 生 物 来 说 , 食 物 是 一 个 核 心 的 制 约 因 素 ,
也 是 选 择 压 力 。 我 们 普 通 人 一 天 2 斤 吃 饱 了 , 一
头 鲸 一 天 得 吃 好 几 吨 。 所 以 , 能 够 形 成 巨 型 生
物 , 食 物 是 个 核 心 因 素 ~
03, 巨 型 爬 行 生 物
当 然 , 我 相 信 很 多 人 要 聊 的 是 另 一 种 巨 型 生
物 , 恐 龙 为 代 表 的 爬 行 类 ( 其 实 恐 龙 是 一 个 目 ,
分 类 非 常 复 杂 , 只 是 为 了 科 普 就 直 接 用 恐 龙 这 个
词 了 )。 其 实 恐 龙 是 一 个 非 常 复 杂 的 群 体 , 有 大
的 有 小 的 , 有 肉 食 性 的 也 有 植 食 性 的 , 本 文 主 要
讨 论 大 型 植 食 性 的 。
那 个 时 候 地 球 上 出 现 了 非 常 多 的 巨 型 生 物 ,
比 如 体 长 能 有 35-40 米 阿 根 廷 龙 , 体 重 在 90 吨 左
右 。 当 然 也 有 很 多 人 熟 悉 的 马 门 溪 龙 等 , 都 是 非
常 巨 大 的
为 什 么 那 个 时 代 巨 型 生 物 那 么 多 ? 两 个 原 因
1: 食 物 充 沛 。 这 是 我 上 面 提 到 的 植 物 的 因
素 , 植 物 在 登 陆 地 球 后 , 由 于 缺 乏 足 够 多 的 敌
人 , 导 致 植 物 异 常 泛 滥 , 而 植 食 性 恐 龙 是 以 植 物
为 食 物 的 。 因 此 食 物 不 缺 乏 , 自 然 缺 乏 足 够 的 选
择 压 力 。 否 则 要 是 地 球 食 物 不 足 , 比 如 把 恐 龙 丢
到 寒 武 纪 , 它 们 直 接 饿 死 了 。
2: 巨 温 ( 中 温 ) 优 势 。 说 到 动 物 温 度 , 大
家 一 定 想 到 变 温 动 物 和 恒 温 动 物 , 前 者 比 如 爬 行
类 , 后 者 比 如 哺 乳
类 。 但 是 恐 龙 是 哪 个
类 型 呢 ? 其 实 恐 龙 不
宜 用 上 面 的 两 种 办 法
描 述 , 而 是 用 内 温 性
和 外 温 性 来 描 述 。
通 俗 的 说 , 一 个
生 物 的 温 度 , 主 要 靠
什 么 ? 一 部 分 生 物 是
主 要 通 过 外 部 温 度 改
变 来 调 节 温 度 的 , 典
型 的 就 是 变 温 动 物 ,
他 们 十 分 容 易 受 到 温
度 影 响 , 甚 至 连 孵 化
雌 雄 都 是 和 温 度 有
关 。 另 一 部 分 生 物 则
是 通 过 体 内 新 陈 代 谢
来 维 持 的 , 典 型 的 是
哺 乳 动 物 , 可 以 长 期
维 持 一 个 恒 定 温 度 ,
不 论 冰 天 雪 地 还 是 赤
日 炎 炎 。
恐 龙 是 哪 一 种
呢 ? 处 于 一 个 过 渡 阶
段 , 而 它 们 可 能 是 都
具 备 , 因 为 恐 龙 是 一
个 目 , 拥 有 无 数 的 类
型 , 就 像 今 天 的 地 球 生 态 系 统 一 样 , 有 的 是 内 温
性 , 有 的 是 外 温 性 , 而 还 有 一 类 巨 型 的 , 应 该 用
另 一 个 词 : 巨 温 性 ( 也 叫 中 温 性 )。 什 么 是 巨 温
性 ?
相 信 大 家 一 定 记 得 一 个 生 物 学 理 论 , 叫 贝 格
曼 定 律 律 , 就 是 , 生 活 在 冷 的 地 方 动 物 体 型 反 而
大 些 。 其 原 理 是 比 表 面 积 的 问 题 。 以 一 个 理 论 上
的 球 形 鸡 为 例 ,
球 的 表 面 积 计 算 公 式 : 球 的 表 面 积 =4πr^2,r 为
球 半 径 .
球 的 体 积 计 算 公 式 :V 球 =(4/3)πr^3,r 为 球 半 径
球 的 相 对 表 面 积 是 3/r。 也 就 是 说 , 相 对 表 面
积 跟 半 径 成 反 比 。 直 观 的 , 如 下 图 所 示 。 随 着 半
径 增 加 , 体 积 的 增 加 速 度 明 显 高 于 表 面 积 增 加 速
度
二 者 的 比 例 , 即 相 对 表 面 积 变 化 趋 势 , 这 就
是 随 着 半 径 增 加 , 相 对 散 热 面 积 显 著 下 降 。
对 于 恐 龙 来 说 , 巨 大 的 体 型 , 就 产 生 了 规 模
效 应 , 那 就 是 巨 温 性 。 对 于 部 分 恐 龙 , 巨 大 的 体
型 优 势 使 得 他 们 可 以 减 轻 散 热 , 从 而 维 持 好 体
温 。 既 不 像 恒 温 动 物 需 要 通 过 增 加 新 陈 代 谢 来 维
持 体 温 了 , 又 不 像 变 温 动 物 随 着 日 光 变 化 。
所 以 , 巨 型 恐 龙 由 于 体 积 效 应 产 生 了 巨 温
性 , 反 而 降 低 了 能 量 消 耗 。
04, 当 代 的 巨 型 生 物
对 于 当 代 的 大 型 生 物 , 少 了 爬 行 类 , 反 而 是
哺 乳 类 , 典 型 的 是 以 鲸 和 大 象 为 代 表 的 哺 乳 类 。
其 实 , 如 果 你 仔 细 比 较 下 , 会 发 现 , 这 些 巨 型 动
物 , 基 本 上 是 植 食 性 的 , 或 者 摄 入 那 些 特 别 容 易
捕 获 的 生 物 。 为 什 么 ? 关 键 还 是 : 食 物 。
一 个 巨 型 的 生 物 , 对 食 物 的 需 求 量 超 级 大 。
像 大 象 这 种 一 天 不 停 吃 东 西 的 , 才 能 维 持 巨 型 体
型 。 但 是 大 象 体 型 也 就 是 那 样 大 了 , 再 大 下 去 很
难 了 。
而 鲸 是 个 例 外 , 为 什 么 ? 这 是 因 为 海 洋 。
还 记 得 物 理 学 上 的 比 热 概 念 吧 , 水 的 比 热 容
是 4.2*10^3 焦 / 千 克 , 比 很 多 固 体 高 多 了 。 而 高 比
热 的 结 果 就 是 水 体 温 度 变 化 较 小 , 具 有 强 大 的 温
度 调 节 能 力 , 甚 至 整 个 地 球 的 温 度 维 持 都 一 定 程
度 上 和 水 有 关 ( 当 然 背 后 根 本 还 是 太 阳 )。
鲸 的 进 化 路 线
对 于 鲸 这 种 哺 乳 动 物 来 说 , 生 活 在 海 洋 中 ,
可 以 利 用 水 温 变 化 小 的 优 势 , 从 而 不 需 要 大 量 增
加 新 陈 代 谢 来 维 持 体 温 。 当 然 , 我 认 为 , 鲸 本 身
也 是 有 一 定 的 巨 温 性 的 。
好 了 , 到 此 为 止 , 给 个 结 论 。
对 于 史 前 昆 虫 , 体 型 巨 大 的 因 素 之 一 是 氧
气 ; 对 于 史 前 恐 龙 , 体 型 巨 大 的 因 素 是 食 物 和 巨
温 性 ; 对 于 当 代 哺 乳 类 , 体 型 巨 大 的 因 素 依 然 是
食 物 和 温 度 。 当 然 , 恐 龙 说 处 的 时 代 , 氧 气 浓 度
也 是 比 现 在 略 高 的 , 肯 定 有 一 些 优 势 在 里 面 的 。