为什么我们不再有很多巨型动物了?

恐龙骨头没有说谎:动物确实曾经变得更大。

2019 年 3 月 5 日,在纽约市美国自然历史博物馆举行的“霸王龙:终极捕食者”媒体预览期间,一个男孩在试用互动霸王龙
2019 年 3 月 5 日,在纽约市美国自然历史博物馆举行的“霸王龙:终极捕食者”媒体预览期间,一个男孩在试用互动霸王龙

史前巨人曾经居住在地球上。这些庞然大物包括强大的恐龙、飞机大小的翼龙、巨大的鳄鱼和蛇,甚至还有汽车大小的犰狳。但今天,我们这个星球上只有少数几只大型动物。

发生了什么?为什么现在没有多少巨头了?

首先,有大量化石证据表明,远古时期确实有更大的动物——这些动物体型巨大,但平均而言,比今天的动物还要大,塔拉哈西佛罗里达州立大学的脊椎动物古生物学家格雷格·埃里克森 (Greg Erickson) 专门研究古代爬行动物说。自从科学家在 19 世纪发现了第一个已知的恐龙骨骼藏匿处以来,研究人员就提出了一些想法来解释为什么巨兽在数百万年前很常见,但在今天却不那么普遍了。但没有人能指出一个明确的答案,埃里克森说。 “它是如此多因素。”

然而,恐龙与当今最大的动物哺乳动物之间的几个主要差异可能有助于解释庞然大物的消失。与其他巨型爬行动物一样,恐龙可以适应不同的生态位,因为它们在一生中变得更大,在幼年时捕猎较小的猎物,在成年时捕猎较大的猎物。在某种程度上,他们可以这样做是因为他们一生都在更换牙齿。 “它们不断更换牙齿,就像鲨鱼一样。但在此过程中,它们可以改变牙齿的类型,”埃里克森说。例如,鳄鱼从“针状牙齿变成更坚固的牙齿。哺乳动物没有那种奢侈。”

换句话说,随着一些爬虫类的幼崽迅速成长为笨重的成年人,它们用相对较弱的幼齿换取了更大的武器,从而使它们能够捕食更大的食物来为它们更大的身体提供能量。

爱丁堡大学古生物学家史蒂夫·布鲁萨特 (Steve Brusatte) 告诉《科学美国人》(Scientific American),在恐龙中,气囊也可能从肺部延伸到骨骼,形成坚固但轻便的脚手架。布鲁萨特说,这让恐龙骨骼“仍然坚固、灵活,但重量轻。这帮助它们变得越来越大,”布鲁萨特说。 “就像摩天大楼因为内部支撑结构而变得越来越大一样。” (当然,虽然气囊有助于制造坚固、轻巧的骨骼,但实际上没有动物能长得像摩天大楼那么大。这是因为随着动物体型的增加,体重的增长速度远快于骨骼强度,正如物理学家尼尔·德格拉斯·泰森所解释的那样。)

然而,哺乳动物缺乏这样的气囊,“它可以侵入骨骼并减轻骨骼的重量,”布鲁萨特说,“所以大象大小或稍大一点,这可能是哺乳动物的极限,至少在陆地上”得到。 ……你不可能真的得到哺乳动物,看起来不像恐龙那么大。”

作为温血动物或吸热动物,哺乳动物也需要大量燃料。加州大学戴维斯分校地球生物学和古生物学教授 Geerat Vermeij 说:“大象是完全恒温动物,而恐龙,至少是草食性恐龙,可能大多不是。” “所以,比如说,一头巨大的大象的食物需求量……可能是最大的恐龙的 5 倍。”

古生物学家一直在争论恐龙是冷血动物还是温血动物。但目前的科学将许多动物物种置于冷血和温血之间的梯度,而恐龙可能“处于温血范围的低端,”埃里克森说。这使得大型身体对恐龙来说更便宜。

巨大的规模还需要合适的环境。在 2016 年发表在 PLOS One杂志上的一项研究中,Vermeij 得出结论,巨型主义主要依赖于“高度发达的生态基础设施”生产和回收的充足资源。换句话说,生态需要产生足够的氧气、食物和栖息地,才能培育出真正的巨型生物。 Vermeij 写道,到三叠纪中期,接近恐龙时代的开始,这种生态系统已经有了很大的发展。

在一个潜在的重要环境变化中,古代大气中的氧气浓度更高。这可能在巨人症中发挥了作用,特别是在昆虫中。 2012 年发表在《美国国家科学院院刊》(Proceedings of the National Academy of Sciences) 杂志上的一项研究报告称,史前最大的虫子中的翼展追踪了古代氧气浓度的增加。

巨人症的酿造者也不应该忘记时间的关键因素。埃里克森说,尽管动物谱系往往会随着世代而变大,但要达到巨大的体型需要大量的进化时间。 Vermeij 说,大规模灭绝事件往往会消灭更大的生物,因此这些事件可能会导致巨型动物的空缺数千万年或数亿年。 “第一批哺乳动物的体重达到一吨需要大约 2500 万年,”他说。就在一万年前因气候变化和人类猎人而灭绝的长毛猛犸象而言,我们现代人类没有看到如此巨大的生物可能并非巧合:我们自己的祖先不久前帮助杀死了它们。

对 Vermeij 来说,对尺寸减小最全面的解释不是来自生理或环境,而是来自社会结构。他说,哺乳动物的“……有组织的社会行为的演变,不仅仅是畜群,而是真正有组织的狩猎”,引入了一种新的统治形式。他在 2016 年的研究中写道:“相对较小的捕食者进行集体捕食,即使是非常大的猎物也很容易受到攻击。在陆地上,个体巨人症实际上已被群体层面的巨人症所取代。”也就是说,较小的个体一起工作,例如狼和鬣狗,可能是比建立一个庞大的身体更有效的变大方式。结果,“巨人主义在陆地上失去了光彩,”Vermeij 写道。

社会组织也可能有助于解释这里追溯的时间线的一个相当大的例外:在海洋中,迄今为止最大的动物仍然存在:蓝鲸。 Vermeij 说,海洋生物使远距离交流变得更加困难,阻碍了复杂狩猎群体的发展。他说,这些群体的进化“发生在陆地上的次数要多于,至少直到最近,发生在海洋中”,例如虎鲸。

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