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为何海洋动物普遍比陆地动物巨大?是必然还是偶然?科学家如是说

科学求知之者  发表于:2020-03-31 19:30:47

原标题:为何海洋动物普遍比陆地动物巨大?是必然还是偶然?科学家如是说

众所周知,大象是当今世界上最巨大的陆生动物。一头成年非洲象最高可以长到4.5米,重达8吨。不过,这种人类眼中的庞然大物,和海洋生物对比时却显得无比渺小……

巨大的海洋生物

和海洋生物相比,大象实在是过于渺小了。最大的海洋动物是蓝鲸,它也被认为是地球历史上出现过的最巨大生物。最大的蓝鲸长度可达33米,重达180吨,相当于20几头(最大的)大象。

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也许用蓝鲸和大象相比,实在是太欺负大象了,那么咱就看看其他的大型海洋动物吧——

  • 鲸鲨:最大的鱼类,体长一般为9-12米,最长可达20米,重达12.5吨。
  • 虎鲸:最大的海豚,体长可达8米,体重6吨。
  • 大王乌贼:最大的头足类生物之一,长度可达20米。

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可以看到,大象的体型放在海洋里,简直就像“小宝宝”一样迷你。

奇怪了,为何海洋生物普遍如此巨大?这是偶然现象还是必然结果?或者说,如果陆地生物转而进入海洋中生活,是否也会变得极其巨大呢?

深海巨人症

这个问题,科学家也一直在思考。在动物学上,这叫深海巨人症。

实际上,仅仅以最大的动物作对比,并不能完全说明问题,我们还要多维度综合比较才算客观。

以鲸鱼为例,相信大部分人都知道,鲸其实是哺乳动物,只不过大家叫习惯了,才叫作鲸“鱼”。它们的祖先在数千万年前爬进水中,开始在海洋里生存,发展到了今天的模样。追根溯源,鲸和我们人类、大象等陆生哺乳动物,都是有共同祖先的。而同为哺乳动物,它们如此巨大,我们如此渺小。

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当然,在界门纲目科属种的分类中,哺乳是纲一级,分得还是比较粗糙的。向下的目,相对精细一些。我们再来举一个例子——节肢动物门等足目动物。

(注:生物学分类级别依次是——界门纲目科属种)

等足目动物中我们最常见的,就是早些年家里常见的鼠妇,也就是俗称的潮虫。这些动物非常小,比大米粒大不了多少。而同属于等足目的另一种生物就大得多了——大王具足虫。大王具足虫和潮虫的外形看起来好像差不多,但是尺寸差了不止一个数量级。最长的大王具足虫可以长到37厘米,和一只兔子差不多大。

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到科这个级别,至少我还不知道有太大的区别。毕竟,科已经是很靠下的分类的,同一科的生物,生活习性一般不太大,比如一部分生活在海里,一部分生活在陆地。

当然,也有,那就是眼镜蛇科。眼镜蛇科包含了非常多的蛇,其中一部分就是海蛇。不过,海蛇和陆生的眼镜蛇,体型上相差并不很大。但就像我们说的,毕竟例子少,我们也不好说究竟是它们的分化还不足以导致体型上的巨大差异,还是因为例子太少不具备代表性。

总之,从哺乳纲生物的对比或者等足目生物的对比,至少有可能暗示着一点:是海洋让动物变大,而并非仅仅是个巧合。或者说,科学家不能排除必然结果的说法。那么,接下来的问题就是:如果是必然结果,那原因何在?

可能的解释

  • 骨骼的解放

科学家认为,这个问题可以反过来思考:我们不必非要问海洋生物为何这么大,而是要思考一下:为啥陆地生物这么小。

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他们认为,陆生动物的体型受到限制,很大因素在于骨骼无法承受过大的体重。而在海洋中,这个问题得到了极好的解决——浮力。由于海水浮力的作用,骨骼的负担被极大地解放,因此体重也就成了“脱缰的野马”,撒欢儿地疯长。

  • 温度的保持

我们知道,水的比热容比较大。所以,和生活在空气中的我们相比,海洋生物更容易散失热量。所以,尽量减少和水的接触,就是非常必要的演化方向。

因此,除了长得尽量圆一点之外,长得更大也是非常必要的。因为,体积越大,表面积和体积的比例就越小。也就是说,虽然体积变得更大了,但是表面积的增长幅度比体积要小,所以更有利于保存体温。为了体温的维持,它们也需要撒欢儿地成长。

  • 体重的极限

不过,撒欢儿也有一个极限。如果长得太大,它们的营养会跟不上,即使从早吃到晚,都不足以给硕大的身体提供能量。按照这个理论,长到500公斤其实算是比较均衡的,像鲸鲨这样长到20吨已经达到极限了。不过,须鲸的出现,突破了这个限制。它们的进食方式极其高效,既可以迅速摄入大量食物,而且还不需要耗费太多体力,所以获得了更加恐怖的体型。

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也许,蓝鲸就已经是这个理论的极限了,又或者还有提升的空间,那就不知道了。

其他理论

除了这两点之外,还有人提出了其他的可能性。有人认为,可能是深海区域海水压力太大,所以需要更大的体型来抗衡。可是这个说法有很多疑点,因为深海区域同样也有很多小型的动物。甚至真的到最深处,反而没有大型动物的存在了。

也有人认为,较大的体型可以减缓新陈代谢的速度。这对于深海的漆黑、缺少食物等环境特点来说,都是非常必要的。

有人则采取了另一种比较方式,那就是时间线上的比较。他们从5.42亿年前的寒武纪入手,对比今天的现状,发现海洋生物的平均体型增加了150倍左右。他们把这其中的原因,归结到了海水中化学物质的变化以及含氧量的不同。

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(寒武纪生物奇虾)

说到这,我想起了一点:众所周知,石炭纪是地球著名的巨型生物横行的年代,70厘米翼展的蜻蜓、3米长的巨型马陆……它们之所以巨大,就在于当时空气中氧气含量远比现在要高。而在海洋里,氧气的溶解度也比氮气高,或许是因为海洋生物呼吸到的气体中氧气含量比较多,所以就比陆地生物巨大?

不过,所有这些理论,包括前面的理论,也包括我的猜测,目前都还无法完全站得住脚,都有说不通的地方。因此,深海巨人症的问题,到现在仍然是个未解之谜。

更尴尬的是,深海巨人症这个说法到底有没有根据,本身就不好说。这个问题,就是我们在前面提到的问题:这到底是海洋生物发展的必然规律,还是目前的情况仅仅是个巧合呢?

深海巨人症的质疑

就像我们说的,至少在科这个级别上,我们的样本还是不足的。样本不足,就很难避免偶然性的出现。找不到例外不代表例外不存在,也可能是我们找得不够多。

比如蜗牛,就表现出了例外。

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我们通常说的蜗牛,是狭义的蜗牛,也就是说你所知道的蜗牛。广义上的蜗牛,包含了大部分腹足纲生物,而通常说的蜗牛只是其中的柄眼目蜗牛科动物。蒙特利湾水族馆研究所的博士后研究员克雷格·麦克莱恩曾经对蜗牛也进行了相关的研究,发现深海大体型蜗牛在浅水区的近亲,体型相对要小一些,这倒是符合深海巨人症的说法;可反过来,当他寻找浅水区较大的蜗牛的深海区近亲时,发现这些近亲也不大。

这是对深海巨人症的一个挑战。

同时,如果我们追溯到过往,就会发现陆生动物也不是永远都那么小。其中最有代表性的,就是恐龙。我们很难知道最大的恐龙有多大,因为它们的化石都不完整。比如所谓58米长的易碎双腔龙,也是通过仅有的骨骼化石,类比其他巨型恐龙进行等比例放大后推测的结果。但是,即使数据有偏差,它们依然比大象大得多,和鲸鱼还是有一拼的。

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另外,世界上一共有四种哺乳动物生活在海里,其中鲸类、海豹和海牛都看起来比它们活在陆地上的近亲要大,但是最后一种——海獭,却并没有长得那么雄壮。也许是因为它们还没来得及演化到那么大,又或者有其他原因呢?

总结

总体来说,深海巨人症的说法到底是否成立,目前我们也无法下结论。可是,对于目前海洋动物远远大于陆生动物的现状,我们总要拿出一个合理的解释才行。因此,在这条路上,科学家还有很多需要破解的难题。

我们也会好奇:蓝鲸到底是不是历史上最大的动物?它到底是不是动物所能生长到的极限?未来会不会有比蓝鲸更巨大的动物出现呢?这一切,恐怕都要等时间来给出答案了。

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