为什么史前动物这么大
01
在稳定的环境中,自然选择总是有利于高大的动物。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。因此,大型动物更容易生存下来,留下更多的后代。因为遗传,大个体的后代往往更大,生存繁衍的优势可以代代相传、巩固。
根据科波拉定律,动物总是随着时间的推移而变大,直到大灭绝来临,巨型动物灭绝,小动物取而代之。巨型史前动物,比如恐龙,都是这样出现的,它们也是这样灭绝的。到目前为止,最后一次灭绝事件发生在12000年前,最大的现存动物是这场灾难的幸存者。理论上来说,将来我们肯定能看到比恐龙还大的动物。
提到史前动物,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。其实很多史前生物虽然真的非常庞大,但是我们熟悉的巨型史前动物并不会同时出现。巨型恐龙,包括食草性的巨型蜥脚类恐龙,如阿根廷龙和梁龙龙,以及食肉性的大型兽脚类恐龙,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。大约4500万年前,在新生代始新世,地球上出现了第一波巨型哺乳动物,包括像犀牛这样的尤因兽和巨大的埃托兽。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500万至1.2万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。我们无法将整个地质历史与今天的时期进行比较。
史前动物并不都那么巨大,中生代恐龙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,相当于一辆大众马球车的重量,比现存的所有巨蟒都要大得多。但与泰坦巨人大致同时生活的马——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。根据达尔文的进化论,动物往往会过度繁殖,由于变异,它们的后代越来越大,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。无论是食草动物还是食肉动物,高大的个体在获取食物、抢占栖息地、抵御天敌等方面都会利用优势,在求偶阶段也会得到异性更多的青睐。因此,大型动物更容易生存下来,留下更多的后代。因为遗传,大个体的后代往往更大,生存繁衍的优势可以代代相传、巩固。就这样,在自然选择强大而持久的作用下,动物正在向越来越大的方向发展。那些巨型恐龙和远古野兽都是经过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,否则,我们今天就会到处都是野兽,而重力就是这样一种反作用力。科学家推测,恐龙骨骼和肺部的生理学很可能与鸟类相似。它们的骨头上有气穴,可以减轻体重,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,动物总是不断变大,而放大往往伴随着特殊化,这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,直到下一次大灭绝到来。
1/0620/261829zgmzh4t5cl2.jpg"/>很多人说过去的动物大是因为史前大气中含氧量高,这种说法缺乏科学道理。地球上含氧量最高的时期不是恐龙时代,也不是新生代的两次巨兽时代,而是恐龙出现前一亿多年的古生代石炭纪,当时大气中含氧量达到了35%。恐龙时代前夜的三叠纪是寒武纪大爆炸以来大气含氧量的最低谷,仅15-18%。恐龙时代的大气含氧量为15-25%,新生代是21-25%,并没有明显差异,可知恐龙的巨大与含氧量无关。不过,含氧量高虽不能刺激体型增长,但有助于支持动物更大的体型,尤其是对昆虫等无脊椎动物。昆虫只有气管没有肺,呼吸器官很不发达,需要空气中有很高的含氧量才能给较大的身体供氧。在石炭纪,蟑螂有家猫那么大,而蜻蜓大得就像海鸥。
还有人说过去的动物体型大是因为气候温暖。持这种观点的人只知其一不知其二。根据贝格曼规则,在寒冷的环境中,恒温动物体型越大越有利,体型大意味着表面积/体积比较小,热量散失较少,可以不必将过多能量浪费在维持体温。而爬行动物则正好相反,在温暖环境中,体型越大越有利于隔绝热量,防止动物身体过热。今天的全球平均气温是15℃,明显比恐龙时代和古近纪的巨兽时代低,而又显著高于冰河世纪的巨兽时代,由此可知气温高低与巨型动物的出现关联不大。
那么,到底是什么原因导致今天我们见不到像恐龙和安氏兽、猛犸象这样的庞然大物了呢?柯普法则已经告诉我们答案了。在这几批巨型动物出现的巅峰期之后,地球经历了生物大灭绝事件。6600万年前的白垩纪末大灭绝消灭了恐龙,3400万年前的始新世末灭绝事件杀死了包括安氏兽在内的大多数大型哺乳动物。大灭绝之后,巨型动物重新出现可能需要数百万年乃至上千万年的时间。恐龙灭绝以后,巨型哺乳动物用了1500万年才演化出来。最近一次灭绝事件发生更新世末期,猛犸象、剑齿虎等巨兽纷纷倒下,这次灭绝距今只有12000年,还没有时间演化出新的巨型动物。今天陆地上最大的动物——大象、犀牛、美洲野牛、北极熊和老虎等,都不是新形成的物种,而是那场灾难的幸存者。
从理论上讲,我们今后一定可以再次看到恐龙大小的陆地动物。毕竟,我们正在与有史以来最大的哺乳动物——蓝鲸共享一个星球。蓝鲸的体型超过了有史以来所有陆地动物,包括恐龙在内,曾生活在地球上的动物中只有中生代的巨型鱼龙能与之比一比大小,如此说来,我们也没有理由抱怨今天看不到巨型生物了。
按正常的生物演化规律,几百万至几千万年后陆地上必将出现达到甚至超过恐龙大小的巨兽。然而,人类活动正在阻止这一切。近几百年来,多数大型动物都遭到不同程度的分布退缩和数量锐减,这种情况下大型动物能活下来就不错了,更别说增大体型了。在这个人类代替自然选择起作用的时代,动物会发现小型化才更有利。在生境破碎化和食物缺乏的环境状况下,体型小的动物容易活下来,而人类的滥捕滥杀也更多地针对身高体大的动物。近一二百年,东北虎、咸水鳄、大白鲨和抹香鲸等动物的体型都出现了不同程度的下降。恐龙和猛犸已死而不能复生,为了让我们的子孙后代不再发出"为什么见不到大型动物"的感叹,我们应该保护好我们的地球家园,保护好我们的动物伙伴。