為何海洋動物普遍比陸地動物巨大?是必然還是偶然?科學家如是說

2020-12-04 姿勢分子knowledge

眾所周知,大象是當今世界上最巨大的陸生動物。一頭成年非洲象最高可以長到4.5米,重達8噸。不過,這種人類眼中的龐然大物,和海洋生物對比時卻顯得無比渺小……

巨大的海洋生物

和海洋生物相比,大象實在是過於渺小了。最大的海洋動物是藍鯨,它也被認為是地球歷史上出現過的最巨大生物。最大的藍鯨長度可達33米,重達180噸,相當於20幾頭(最大的)大象。

也許用藍鯨和大象相比,實在是太欺負大象了,那麼咱就看看其他的大型海洋動物吧——

鯨鯊:最大的魚類,體長一般為9-12米,最長可達20米,重達12.5噸。虎鯨:最大的海豚,體長可達8米,體重6噸。大王烏賊:最大的頭足類生物之一,長度可達20米。

可以看到,大象的體型放在海洋裡,簡直就像「小寶寶」一樣迷你。

奇怪了,為何海洋生物普遍如此巨大?這是偶然現象還是必然結果?或者說,如果陸地生物轉而進入海洋中生活,是否也會變得極其巨大呢?

深海巨人症

這個問題,科學家也一直在思考。在動物學上,這叫深海巨人症。

實際上,僅僅最大的動物作對比,並不能完全說明問題,我們還要多維度綜合比較才算客觀。

以鯨魚為例,相信大部分人都知道,鯨其實是哺乳動物,只不過大家叫習慣了,才叫作鯨「魚」。它們的祖先在數千萬年前爬進水中,開始在海洋裡生存,發展到了今天的模樣。追根溯源,鯨和我們人類、大象等陸生哺乳動物,都是有共同祖先的。而同為哺乳動物,它們如此巨大,我們如此渺小。

當然,在界門綱目科屬種的分類中,哺乳是綱一級,分得還是比較粗糙的。向下的目,相對精細一些。我們再來舉一個例子——節肢動物門等足目動物。

(註:生物學分類級別依次是——界門綱目科屬種)

等足目動物中我們最常見的,就是早些年家裡常見的鼠婦,也就是俗稱的潮蟲。這些動物非常小,比大米粒大不了多少。而同屬於等足目的另一種生物就大得多了——大王具足蟲。大王具足蟲和潮蟲的外形看起來好像差不多,但是尺寸差了不止一個數量級。最長的大王具足蟲可以長到37釐米,和一隻兔子差不多大。

到科這個級別,至少我還不知道有太大的區別。畢竟,科已經是很靠下的分類,同一科的生物,生活習性一般不太大,比如一部分生活在海裡,一部分生活在陸地。

當然,也有,那就是眼鏡蛇科。眼鏡蛇科包含了非常多的蛇,其中一部分就是海蛇。不過,海蛇和陸生的眼鏡蛇,體型上相差並不很大。但就像我們說的,畢竟例子少,我們也不好說究竟是它們的分化還不足以導致體型上的巨大差異,還是因為例子太少不具備代表性。

總之,從哺乳綱生物的對比或者等足目生物的對比,至少有可能暗示著一點:是海洋讓動物變大,而並非僅僅是個巧合。或者說,科學家不能排除必然結果的說法。那麼,接下來的問題就是:如果是必然結果,那原因何在?

可能的解釋

骨骼的解放科學家認為,這個問題可以反過來思考:我們不必非要問海洋生物為何這麼大,而是要思考一下:為啥陸地生物這麼小。

他們認為,陸生動物的體型受到限制,很大因素在於骨骼無法承受過大的體重。而在海洋中,這個問題得到了極好的解決——浮力。由於海水浮力的作用,骨骼的負擔被極大地解放,因此體重也就成了「脫韁的野馬」,撒歡兒地瘋長。

溫度的保持我們知道,水的比熱容比較大。所以,和生活在空氣中的我們相比,海洋生物更容易散失熱量。所以,儘量減少和水的接觸,就是非常必要的演化方向。

因此,除了長得儘量圓一點之外,長得更大也是非常必要的。因為,體積越大,表面積和體積的比例就越小。也就是說,雖然體積變得更大了,但是表面積的增長幅度比體積要小,所以更有利於保存體溫。為了體溫的維持,它們也需要撒歡兒地成長。

體重的極限不過,撒歡兒也有一個極限。如果長得太大,它們的營養會跟不上,即使從早吃到晚,都不足以給碩大的身體提供能量。按照這個理論,長到500公斤其實算是比較均衡的,像鯨鯊這樣長到20噸已經達到極限了。不過,鬚鯨的出現,突破了這個限制。它們的進食方式極其高效,既可以迅速攝入大量食物,而且還不需要耗費太多體力,所以獲得了更加恐怖的體型。

也許,藍鯨就已經是這個理論的極限了,又或者還有提升的空間,那就不知道了。

其他理論

除了這兩點之外,還有人提出了其他的可能性。有人認為,可能是深海區域海水壓力太大,所以需要更大的體型來抗衡。可是這個說法有很多疑點,因為深海區域同樣也有很多小型的動物。甚至真的到最深處,反而沒有大型動物的存在了。

也有人認為,較大的體型可以減緩新陳代謝的速度。這對於深海的漆黑、缺少食物等環境特點來說,都是非常必要的。

有人則採取了另一種比較方式,那就是時間線上的比較。他們從5.42億年前的寒武紀入手,對比今天的現狀,發現海洋生物的平均體型增加了150倍左右。他們把這其中的原因,歸結到了海水中化學物質的變化以及含氧量的不同。

(寒武紀生物奇蝦)

說到這,我想起了一點:眾所周知,石炭紀是地球著名的巨型生物橫行的年代,70釐米翼展的蜻蜓、3米長的巨型馬陸……它們之所以巨大,就在於當時空氣中氧氣含量遠比現在要高。而在海洋裡,氧氣的溶解度也比氮氣高,或許是因為海洋生物呼吸到的氣體中氧氣含量比較多,所以就比陸地生物巨大?

不過,所有這些理論,包括前面的理論,也包括我的猜測,目前都還無法完全站得住腳,都有說不通的地方。因此,深海巨人症的問題,到現在仍然是個未解之謎。

更尷尬的是,深海巨人症這個說法到底有沒有根據,本身就不好說。這個問題,就是我們在前面提到的問題:這到底是海洋生物發展的必然規律,還是目前的情況僅僅是個巧合呢?

深海巨人症的質疑

就像我們說的,至少在科這個級別上,我們的樣本還是不足的。樣本不足,就很難避免偶然性的出現。找不到例外不代表例外不存在,也可能是我們找得不夠多。

比如蝸牛,就表現出了例外。

我們通常說的蝸牛,是狹義的蝸牛,也就是說你所知道的蝸牛。廣義上的蝸牛,包含了大部分腹足綱生物,而通常說的蝸牛隻是其中的柄眼目蝸牛科動物。蒙特利灣水族館研究所的博士後研究員克雷格·麥克萊恩曾經對蝸牛也進行了相關的研究,發現深海大體型蝸牛在淺水區的近親,體型相對要小一些,這倒是符合深海巨人症的說法;可反過來,當他尋找淺水區較大的蝸牛的深海區近親時,發現這些近親也不大。

這是對深海巨人症的一個挑戰。

同時,如果我們追溯到過往,就會發現陸生動物也不是永遠都那麼小。其中最有代表性的,就是恐龍。我們很難知道最大的恐龍有多大,因為它們的化石都不完整。比如所謂58米長的易碎雙腔龍,也是通過僅有的骨骼化石,類比其他巨型恐龍進行等比例放大後推測的結果。但是,即使數據有偏差,它們依然比大象大得多,和鯨魚還是有一拼的。

另外,世界上一共有四種哺乳動物生活在海裡,其中鯨類、海豹和海牛都看起來比它們活在陸地上的近親要大,但是最後一種——海獺,卻並沒有長得那麼雄壯。也許是因為它們還沒來得及演化到那麼大,又或者有其他原因呢?

總結

總體來說,深海巨人症的說法到底是否成立,目前我們也無法下結論。可是,對於目前海洋動物遠遠大於陸生動物的現狀,我們總要拿出一個合理的解釋才行。因此,在這條路上,科學家還有很多需要破解的難題。

我們也會好奇:藍鯨到底是不是歷史上最大的動物?它到底是不是動物所能生長到的極限?未來會不會有比藍鯨更巨大的動物出現呢?這一切,恐怕都要等時間來給出答案了。

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