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大还是小:地球继承者的尺寸之谜

生活在野外的动物,无论其体型是大还是小,皆有各自的好处与弊端——虽然如今所有动物都得面对来自我们的威胁。

身材短小的矶塘鳢属虾虎鱼 图片来源:Koichi Shibukawa

当我在位于菲律宾宿务岛的奥斯洛布海滩享受着深海潜水的乐趣时,一个小小的身影忽然从我眼前的球状珊瑚块表面急速掠过,那是一条矶塘鳢属虾虎鱼,世界上现存体积最小的脊椎动物之一,身长仅约1厘米,重量还不到0.1克。神奇的是,尽管这只鱼的体积比我小了近一百万倍,却有着与我极为相似的生理构造,包括脊髓、颅骨、大脑、肾和肝脏。除了肺部和鱼鳃,我俩的器官组成几乎没有差别,只是大小有所不同而已。

不过,这只小小的虾虎鱼可不是我千里迢迢来到这里的原因。于是我决定向岸边游去,此时已临近傍晚时分,一条体型巨大的鲸鲨正在我的上方欢快地游来游去,而这正是我此行最想见到的海洋生物之一。鲸鲨是目前世界上最大的鱼类,一条大块头的成年鲸鲨重量可达34吨,是我体重的300多倍。虾虎鱼和鲸鲨之间的体重相差8个数量级,十分惊人。除此之外,还有许多其他大型动物生存在地球上。

一个多世纪以来,动物体型之间的巨大差异始终吸引着生物学家探求的目光。在弱肉强食的自然界,体型越大往往意味着生存优势越大,因此大型动物似乎更容易躲避捕食者的追赶。众所周知,鲸鲨的平均寿命长达数十年,有时甚至能够从虎鲨的袭击中成功脱险,而一些小型虾虎鱼每天被捕食的概率竟然超过6%(太可怕了!)。不仅如此,大块头的动物在繁殖数量上也占据着极大的优势——在雌性虾虎鱼的一生中,大约只有250枚鱼卵能够成功孵化;而一条雌性鲸鲨则可以产下数百条身长超过半米且发育充分的鲸鲨幼崽。

世界上最大的鱼类:鲸鲨   图片来源:Klaus M Stiefel

此外,拥有一个较大的身形还有诸多好处:一些大型温血动物由于体表体积比例较好,所以维持恒定体温对它们而言并不是什么难事。而对于大型食草动物来说,肠道体积越大,发酵过程就越迅速,能够有效帮助自身分解植物物质。

事实上,许多动物的体型会在进化过程中持续增长,学界将这一趋势命名为“科普定律”(Cope's rule),以致敬19世纪美国古生物学家爱德华·德林克·科普(Edward Drinker Cope)。其中最为著名的例证便是恐龙的进化轨迹,它们最早出现在三叠纪中期(2.31亿年前),身长约两米,并在随后的1.65亿年间演变成了有史以来体型最为庞大的陆地动物。据考证,泰坦巨龙(Titanosaurs)身长可达37米,而霸王龙(Tyrannosaurus rex)被认为是有史以来最大的陆地食肉动物。

除了恐龙之外,另一个突出的例子便是鲸目动物,比如鲸鱼和海豚。这些次级海洋哺乳动物的祖先来自4800万年前的印度及周边地区,是一种名为“印多霍斯”(Indohyus)的两栖杂食动物。经过漫长的演变过程,这些鲸类由陆生动物渐渐转化成了完全的水生动物,与此同时,它们的体型也变得越来越庞大,生存在4100万年前的远古龙王鲸(Basilosaurid)身长已达惊人的25米,而在过去1000万年的时间里,长须鲸的体型更是以迅猛的速度不断增长。今天的蓝鲸被认为是已知的地球上生存过的体积最大的动物,身长可达30米,重达200吨。

既然体型庞大能够带来如此多的好处,人们不禁好奇:为什么地球上仍然生活着众多体型娇小的动物呢?其中一个原因便是小型动物更新换代的速度更快。研究表明,自然界中小型动物的数量远远高于大型动物(比如虾虎鱼的数量就比鲸鲨要多),而在最近的一项理论学习项目中,我们与来自菲律宾大学的学者蒂莫西·坤姆波(Timothy Quimpo)进行了合作交流,双方一致认为:当某一物种数量越多,产生新物种(这一过程被称为“物种形成”)的速度就会越快。因此,在一些动物忙着长个子的同时,剩下的小型动物也许正在迅速繁殖并产生新的物种,从而得以将娇小的体型长期保持下去。

前口蝠鲼,两边鳍状肢全部张开后可达7米宽  图片来源:Klaus M Stiefel

值得注意的是,与物理学不同,生物学中的“定律”和“规则”通常更为灵活。在很大程度上,体型庞大所带来的优势取决于生态或结构条件,因此科普定律并非没有例外。比如,中生代早期的鸟类动物就始终保持着相对较小的体型,那是因为体型越大意味着飞行就越困难。此外,北美淡水鱼甚至在进化过程中越变越小,这可能是由于它们侵入了较小的水域。

另一种有利于小型动物生存的生态状况便是其他物种的大规模灭绝。例如,白垩纪末期的物种大灭绝被认为是6600万年前的一次陨石撞击所造成的。据说那次灾难致使天空变得黯淡无光,气温骤降,极大地破坏了地球的生态平衡,除了一些冷血的鳄鱼和海龟,没有任何超过25公斤的陆地动物能够幸存下来,陆地恐龙也由此灭绝。

早在2.5亿年前的二叠世晚期,地球上就曾发生过一次大规模的物种灭绝,消失的动物数量更是达到了创纪录的水平。据估计,由于大规模火山喷发导致地球大气环境急剧变化,约有95%的海洋物种彻底消失,致使三叠纪早期的生物多样性显得异常单一。生存在二叠纪时期的陆生爬行动物也难逃一死,尽管那时的它们早已进化到奶牛般大小。随后,水龙兽(Lystrosaurs,与狗狗体型类似的有喙爬行动物)便成为了广袤陆地上的主要居民。如今,人们把大型动物惨遭灭绝而中小型动物得以幸存的现象统称为“小型化效应”(Lilliput effect)。

斯特拉海牛

不幸的是,当今社会对大规模物种灭绝事件的研究已不再仅仅出于学术目的,许多物种灭绝悲剧的罪魁祸首恰恰就是人类。自人类诞生以来,已经导致了诸多物种的消失。起初我们为了生存而将它们视为猎物;进入农业时代后,人类开始对生态环境进行大规模改造;自200年前工业革命开始以来,化石燃料的盛行甚至改变了地球大气的组成,不仅导致全球变暖,并且进一步加剧了其他物种的生存困境。与过去几次大规模物种灭绝期间发生的变化相比,上述变化的剧烈程度究竟如何,生物学家们仍然没有定论,但可以肯定的是,目前形势并不乐观。

为了让人们了解现状的严重性,有学者提出使用“人类世”(Anthropocene)一词来形容当前的地质年代。人类对巨型动物(体重超过25公斤的动物)的迫害由来已久,我们的史前祖先可能就是造成北美巨型地懒和澳洲大型袋熊(体型与马匹相一致)灭绝的原因之一。现如今,人类无节制的狩猎活动和对生态环境的改造使得这一现象持续加剧,在此过程中,大型动物受到的伤害也许更为严重,斯特拉海牛的灭绝就是一个令人痛心的例子。斯特拉海牛又名大海牛,是儒艮的近亲,1741年首次被人类发现,然而由于后者大量的捕杀,在短短27年的时间里就被猎杀殆尽,惨遭灭绝。

本文作者克劳斯·M·斯蒂费尔是一名作家、神经学家和NeuroLinx研究所的研究人员,目前居住在菲律宾,著有《相机与大脑:视觉神经科学能够教会摄影师什么》(The Camera and the Brain: What Visual Neuroscience Can Teach the Photographer)一书。

(翻译:杨雅兰)

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来源:Aeon

原标题:Is bigger always better, or will the tiny inherit the Earth?

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