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为什么此刻的动物长不了恐龙那么大？
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作者：SME谍报员
每幼我内心都有一个近距离一见巨兽的妄想。当然巨兽得是人畜无害的。
回顾一下 ，我们给孩子介绍恐龙的时辰 ，最容易通报的刻板印象是什么？是大。
不仅是孩子 ，成年人对巨大化也都抱有空想。日本特摄、动画文章中的巨大化形象就是最好的体现。
我们在不知不觉中将这种神驰巨大化的理想传给了孩子。
所以当《侏罗纪公园》上映 ，那种巨兽从身边而过的感官冲击瞬间击垮了孩子们的脑海中动物园里喂大象的影象。
从此 ，给男孩子买玩具的时辰就多了一种美满的选择。
对巨型怪兽的莫名偏好可能是人类藏在潜意识里的一种自卑。
那么 ，为什么我们无法在现实中见到那样震撼人心的巨型生物了呢？
当今的地球生物界 ，陆地最大的长短洲象 ，体沉通常不超过10吨。
要说大嘛也没多大 ，和常见的人造移动物拉不开差距 ，何况一把专用猎枪就有可能将它撂倒。
和上亿年前最大体沉超过100吨的恐龙相比 ，如今陆地生物的体型真的“弱爆了”。
会不会是由于地球的环境出现的巨大的变动？
想要求证这个问题能够看一看我们比力容易接触到的活化石——虫豸。
虫豸是少有能从3亿年前一向繁华到今天的一类动物 ，它们在分歧时期留下的化石对其时地球的环境揣摩有极度沉要的意思。
从了局来看 ，3亿年前的虫豸简直要远比此刻的同种或近缘种要大。
好比顺手就能在猎奇网站找到的巨型古蜻蜓 ，翅展达到70厘米以上 ，最大个别的数据可能超过1米。
似乎这意味着地球已经的环境更有利于生长出体型巨大的生物。
这种说法也没有错 ，但是虫豸的巨型化有它特殊的限度。
3亿年前的地球 ，植物刚刚从海洋走山德湄 ，演化出了木质化的维管组织 ，不仅能实现水分与营养物质的运输 ，也起到了肯定的支持作用。
但是这种植物产生的新物质木质素是却成了麻烦 ，生物链中的分化者无法分化这种物质。
大量的碳元素被固定在植物残骸的木质素傍边 ，这些残骸沉积便形成了丰硕的化石能源。
因而 ，这一个地质时期被称作“石炭纪”。
随着大量碳元素被深埋 ，大气中的二氧化碳含量急剧降低 ，相对地 ，大气氧含量水平则急剧攀升。
巅峰时期 ，地球大气的氧含量可能达到35%* ，远比今天的大气21%的氧含量要高得多。
*注：来自博纳与坎菲尔德1989年的大气模型估算 ，伯格曼等人在2004年的新模型中氧含量峰值为27% ，在2006年博纳的新模型中 ，此数值为30% ，见下图。
实线：博纳与坎菲尔德1989年模型 ，虚线：伯格曼等人2004年模型 ，点虚线：博纳2006年模型
虫豸体型的巨大化离不开高氧含量大气的基础前提。
原因在于虫豸的呼吸方式比力单一 ，依附气孔让氧气自由扩散至全身。
当虫豸体型增大这种呼吸方式便难以满足活动的必要 ，存在一个别型的极限 ，而大气氧含量的提升能将此极限提高。
氧含量水平是虫豸巨大化的客观基础 ，但却不合用于其它自动呼吸的高级动物。
一个极端的例子是蓝鲸 ，蓝鲸是地球已知所有生物中体型体沉最大的物种 ，但是它们却生涯在大气氧含量21%的地球上。
而与巨型恐龙共存的早期哺乳动物也并没有在体型上与竞争敌手挨近 ，而是持久维持极度幼的体型。
目前发现的最古老哺乳动物“吴氏巨颅兽” ，名字听起来巨大但现实上体沉仅有可怜的2克。
巨颅兽头骨化石
另表 ，在石炭纪末期 ，地球上已经起头出现可能分化木质素的真菌 ，大气的高氧含量时期并没有持续到恐龙出现的三叠纪时期。
氧含量并不是生长巨兽的决定性成分。
一种可能分化木质素的真菌
19世纪 ，一位德国的生物学家兼生理学家贝格曼提出了一个极度有影响力的法规。
他发现 ，统一种或近缘种的恒温动物的体型 ，在寒寒气象环境中会比温暖气象环境中的大。
好比 ，同样是虎 ，在纬度高区域生涯的西伯利亚虎体型就比华南虎要更大。
在北极生涯的北极熊均匀体型大于棕熊 ，而棕熊的体型又大于马来熊。
这个较为普适的法规被总结为贝格曼法令 ，在恒温动物领域内受到了宽泛的支持。
其最通俗的诠释着眼于从恒温动物的热量消散问题切入。
较大的体型意味着表表积相对更幼 ，可能相对削减热量消散的速度 ，从而削减不用要的能量消散*。
*注：我们能够用一个单一的模型来验证：如果某种恒温动物长得就是一个正方体 ，每1立方米体积的产热量为3 ，每1平方米表表积散热量为1。
那么一只长宽高都是1米这种动物产热量为3 ，散热量为6。
若是将长宽高都增大至2米 ，则体积增大为8立方米 ，产热量上升至24 ，散热量也为24 ，刚刚好能维吃旖衡。
驼鹿体型与栖身地维度的散布
人们更偏差于用这种物理的概想来诠释贝格曼法令。
后人对贝格曼法令的这侄喙释反映的是温度对于动物体型变动的法规 ，天然也有人尝试用这种概想来诠释巨型化动物的出现原因。
诚然 ，在离我们最近的第四纪冰期 ，生在世好多与现代物种有亲缘关系的大型动物 ，例如最为驰名的猛犸象。
似乎温度可能真的是导致巨兽出现的关键成分。
但很遗憾 ，恐龙所生涯的三叠纪、侏罗纪、白垩纪三个地质时期险些是地球温度最高的时期。
分歧地质年代的均匀气温变动 ，红框内为恐龙生涯的时期
看似切合贝格曼法令的第四纪冰期巨型物种也并不能证明温度对体型的影响。
一个直观的数据就能够证明 ，苏建平、刘季科在文章中描述：
凭据东北榆树地域的哺乳动物群化石统计 ，进入第四纪冰期后 ，5种幼型哺乳动物没有一种灭绝 ，而大型哺乳动物则如履薄冰 ，长鼻目、奇蹄目全数灭绝 ，偶蹄目只有两个别型较幼的种幸存下来。
可见 ，增大体型似乎并不能提高寒冷时期的存活率 ，甚至壮志未酬。
这也是好多学者对以削减散热来诠释贝格曼法令的争议点。
几种已经存在于北美的巨型哺乳动物
既然高氧含量、寒寒气象都是不是造作巨兽的决定成分 ，那还有什么可能的原因？
也许单纯从环境中找原因本就是个谬误的方向 ，真正造作巨兽又扑灭巨兽的始作俑者可能是它们自己。
恐龙钻研的元老级人物爱德华·柯普 ，也是备受争议的最大恐龙双腔易碎龙的发现者 ，提出过一个有关生物体型的法规。
他凭据自己丰硕的化石钻研经验 ，总结诞生物有总是朝着体型增大的方向演化。
柯普法令对哺乳动物也同样合用
把稳 ，柯普法令所会商的是一类有关联的生物。
好比恐龙的体型不休变大 ，而哺乳动物的体型也不休变大 ，但更晚繁华的哺乳动物不愿定会比更早出现的恐龙大。
柯普法令所反映的是一个客观的法规 ，但他自己并没有诠释这其中的原因。
今天的一些概想以为 ，当一种新诞生的有活力的物种 ，尤其是那些能占据新生态位免于强烈竞争的 ，更容易走向巨大化的路路。
在食品充足且无竞争者的环境下 ，增大体型是能够提高生物的生计效能。
当体型进一步增大 ，不仅可能架空那些想要进入一样生态位的潜在竞争敌手 ，甚至也能让捕食者望而生畏。
另表 ，体型更大的雄性更容易争得交配权而留下后世 ，这种性选择也是巨型化过程中不成忽略的成分之一。
普尔塔龙复原图
以均匀体型最大的蜥脚类恐龙为例 ，它们在侏罗纪晚期进入鼎盛 ，即便是傍边算是侏儒体型的种 ，也都是所处生态系统中体型最大的。
体型巨大化给蜥脚类恐龙带来了好多优势 ，以至于它们不用把能量浪费在躲避捕食者这样的问题上。
换成今天盛行的话来说就是“生计？吃就完事儿了！”
当然 ，巨大化带来的优势只诠氏缢动因 ，并不能诠释它们是若何实现巨大化的。
今天陆地最大的生物非洲象也同样每天不是吃就是在为吃而奔走。
但长短洲象体型也就停顿在10吨以内 ，远远比不上蜥脚类恐龙动则数十吨的体型。
生物的巨大化也该当思考汗青的过程。
在侏罗纪时期 ，裸子植物和少量蕨类植物是最繁盛的植物。
这两种植物是原始的三碳植物* ，它们的导管和纤维分化还不齐全 ，光合作用的效能也不如之后出现的四碳植物高。
但是三碳植物由于木质化水平低 ，却更容易消化和吸收 ，而四碳植物不仅难以消化甚至演化出了化学防御机造。
*注：三碳植物的光合作用过程中先形成含有三个碳原子的糖 ，而四碳植物光合作用的机理是吸收二氧化碳后先形成一种含有四个碳原子的糖。
有种通俗的说法将三碳植物比作原核细胞 ，而四碳植物则相当于真核细胞
三碳植物的繁盛给巨型食草蜥脚类恐龙提供了极度优质的能量起源。
为了更高效能地获取食品 ，这些恐龙甚至烧毁了品味 ，演化出长度惊人的颈部 ，以极低的能耗进食。
巨型蜥脚类恐龙逐日的进食量数以吨记 ，带来了恐怖的成长速度。
凭据对体沉30吨的马门溪龙骨骼化石钻研 ，发显熹成长顶峰期每年体沉增长高达2吨 ，而非洲象的极限时200千克。
圆顶龙的牙齿密而圆钝 ，不拥有品味的能力
食品是这些恐龙巨大化的基础 ，但仍有好多问题必要解决。
最火急的就是与虫豸类似的呼吸限度。
重大的体型必然必要更多的氧气来维持新陈代谢 ，很容易陷入和虫豸类似的困境。
增大呼吸系统的体积以获取更多的氧气 ，但同时又进一步扩大的体型 ，因而存在极限。
但巨型的蜥脚类恐龙占有比哺乳动物越发高效能的呼吸系统 ，类似于鸟类。
鸟类的肺占有气囊结构 ，气囊能在吸气时贮存一部门含氧丰硕的新鲜空气 ，在呼气时再次流经肺部。
这种结构能够让肺部实现无论吸气还是呼气都能摄取氧气 ，称为“双沉呼吸” ，其效能是哺乳动物的2.5倍。
就算是存在争议的双腔易碎龙 ，甚至都没有达到蜥脚类恐龙的体型上限。
由于双腔易碎龙（C）唯一发现的脊骨已迷失 ，好多人质疑其真实性
然而 ，在巨兽们一步一步用体型成立起壮大统治职位的同时 ，也逐步落入了巨大化的陷阱傍边。
在它们的时期 ，撼动它们的职位险些是不成能的。
但月有阴晴圆缺 ，地球也有冷暖明暗。
随着被子植物的崛起 ，巨型恐龙们极端依赖的裸子植物和蕨类植物颓势初现。
加上那个未知天灾（或是火山喷发 ，或是陨石撞击）的火上加油 ，以被子植物为代表的四碳植物凭借更高的光合作用效能脱颖而出 ，彻底战胜的竞争敌手。
多种成分共同作用下 ，来不及适应的巨型恐龙及其家族被踢出了生物圈。
而正本在恐龙刻下形如蝼蚁的哺乳动物迅速占据空缺的生态位 ，也走上了另一次巨大化的路路。
有些物种在这条路上走得太快 ，导致它们在第四纪冰期这个绝壁边上踏空 ，从此不再存在。
所幸 ，哺乳动物还没有全军覆没 ，甚至在另一个战场高歌猛进。
一种已灭绝的袋狮
在第四纪冰期 ，海洋里的鲸类找到了极度安逸的滤食生态位 ，迅速崛起。
就像昔时蜥脚类恐龙那样迅速巨大化 ，蓝鲸找到了比蜥脚类恐龙越发高效能的生计方式 ，甚至低效的呼吸系统都不会成为瓶颈。
所以蓝鲸就是我们现代的巨兽 ，甚至比恐龙更极致：“生计？张嘴就完事儿了！”
巨大化的背后必然是极端特化的演化 ，一旦生态产生变动 ，蓝鲸可能找不到第二种像磷虾那么美满的食品。
所谓爬得越高摔得越惨 ，这句俗语在生物界也同样合用。
鲜丽过后可能就是断崖式的灭绝 ，唯一值得等待的是它们还能成为化石 ，被拍成电影 ，最后在孩子们的玩具箱里再次称王称霸。
*参考资料
徐星,赵祺.恐龙巨型化钻研进展[J].科学传递,2016,61(07):695-700.
裴文中.关于第四纪哺乳动物体型增大和缩幼的问题的初步会商[J].古脊椎动物与前人类,1965(01):37-46.
苏建平,刘季科.哺乳动物进化过程中体沉增大的原因浅析[J].兽类学报,2000(01):58-66.
王金元. 高浓氧气造就远古巨型虫豸？[N].北京科技报,2005-09-14(013).
张强. 贝格曼(Bergmann)法令的汗青演变和发展[A]. 中国生态学会动物生态专业委员会、中国动物学会兽类学分会、中国野活泼物�；ば�.野活泼物生态与资源�；さ谒慕烊馐踝暄谢崧畚奶嵋痆C].中国生态学会动物生态专业委员会、中国动物学会兽类学分会、中国野活泼物�；ば�:,2007:2.
邓涛,薛祥煦.兽类在冰期的一种生计对策——贝格曼法令新解[J].兽类学报,1997(04):20-26.
李萍. 虫豸呼吸系统中“肺”的钻研[D].西北农林科技大学,2001.
华诗. 恐龙体型重大是天生注定？[N].中国矿业报,2012-11-22(B05).
fengfeixue0219. 吃素的恐龙喂点草就得？你想得太单一了. 果壳网, 2015-06-10.
花着花落几春秋. 中国科普博览.
植物进化树：亿万年的植物“族谱”. 科普中国-科学道理一点通, 2017-03-15.
Sauropoda. Wikipedia, 1 August 2018, at09:33 (UTC).
Quaternary glaciation. Wikipedia, 21 August2018, at 04:54 (UTC).
C4 carbon fixation. Wikipedia, 5 August2018, at 17:55 (UTC).
C3 carbon fixation. Wikipedia, 28 May 2018,at 22:23 (UTC).
Cope's rule. Wikipedia, 23 July 2018, at 14:06 (UTC).
Nicola Davis. How did whales become so large? Scientists dive into marine mystery. The Guardian,2017-06-30.
Jon F. Harrison,Alexander Kaiser, John M. VandenBrooks. Atmospheric oxygen level and theevolution of insect body size[J]. The Royal Society, DOI:10.1098/rspb.2010.0001.
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