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生物進化過程中其體型的大小差異是由哪些關鍵因素造成的?

2017年04月24日 知乎問答精選 暫無評論 閱讀 148 ℃ 次

為什麼在遠古時期,人類沒有達到之前各大陸上都有體型巨大的動物和昆蟲?

【黃潮列的回答(19票)】:

我覺得可以在這裡先大聲喊一句:Bigger is better! 總體來說自然選擇的大方向是趨向於大尺寸的。恐龍和其它遠古生物之所以會這樣巨大,也是幾千萬年選擇優勢積累的結果。這種趨向大尺寸的規律被證明是非常強大的,以致於必然有另一股同樣顯著的反力量存在,否則這個星球上就都是巨型生物了。關於這個相反力量,也可以說是限制因素,後面會再講到。

進化生物學裡的Cope's rule[1]主要就是說在種群的進化過程中傾向於增加身體的尺寸,有多方面證據可以證明這個規律。比方有科學家通過比對有親緣關係的恐龍化石發現,後代們平均在尺寸上增加了25%,從而為Cope's rule提供了直接證據[2]。然後也有人發現北美的哺乳動物在過去的八千萬年裡面是在不斷變大的。除了化石證據,有科學家在現有動物的身上也發現了相同的規律[3],說在80%的案例中,大體型更有利於自然選擇,這裡面包括脊椎動物和無脊椎動物,還有植物。

也不是說體型大就是好,應該說對不同種類的生物來說,體型大能提供相對應的各種好處,使得它們在交配過程和生存率上都佔優勢,對哺乳動物來說尤其:大體型的雌性產卵比較多,雄性在競爭雌性的過程中體型大的也受歡迎,大體型能擊退捕食者,殺死競爭者,容易獲取獵物,在饑荒的時候比較耐餓,對抗嚴酷氣候的能力強等等,同時還受益於更高的智力和更長的壽命。所以說定向選擇[4]在體型大小這件事上是起到一定作用的,也就是說某一種狀態若是能給生物體帶來較高的適應度,那造成這種狀態的等位基因就會在種群中累積。

然而在這個過程中自然有許多限制因素。比方昆蟲,如果體型過大,它的外骨骼會不足以支撐身體的重量,鳥類如果太重會飛不起來,長頸鹿的脖子也只能長到它的心臟尚能負荷的程度。這就是適應的問題。而且現在顯然人類的存在也在對抗這個趨勢,人類的大量捕獵與很多大型物種的滅亡密不可分,在人類的槍眼底下,體型大還是容易遭遇到被捕殺的命運。過度捕魚和狩獵也讓自然選擇的天平更傾向於小型動物的那一邊,當存活成為首要目標,更早地繁殖後代顯然比長成大個子更重要了。

「是我們人類選擇了小體型,但並不是所有生物都能足夠迅速地演化成為小體型,所以是我們在殄滅那些大型生物。對很多種群來說,我們已經人為的將Cope's rule畫上了句號。」

Sad, isn't it?

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對於@負二 史前巨型昆蟲的疑問進行了搜索,找到一條新聞(可惜沒找到原文,不知道確切的證據是什麼),說新近研究發現這些巨型昆蟲的出現和衰落與它們的幼蟲在水中呼吸能夠獲得的氧氣數量有關。那些巨型昆蟲的幼蟲是因為當時水中的高氧含量才能長到如此龐大,而後氣候發生變化,氧氣水平下降,這些幼蟲因為無法獲得充足氧氣而最終走向滅亡。

昆蟲類本身可以算是Cope's rule的例外,因為它們的身體大小也是有上限,太大就無法獲取足夠的氧氣滲透到身體內部。水棲昆蟲的幼蟲對氧氣水平更敏感,氧氣對這類昆蟲體型大小的作用尤其顯著,因此高氧助長了巨型,氧氣水平的下降也就直接導致了滅絕。

這算是一個猜測,因為恐怕誰也不能說揭開了真正的謎底。

[1] en.wikipedia.org/wiki's_rule#cite_note-Hone2005-0

[2]?Hone DW, Benton MJ (2005). "The evolution of large size: how does Cope's Rule work?". Trends Ecol. Evol. (Amst.) 20 (1): 4–6. doi:10.1016/j.tree.2004.10.012.PMID 16701331

[3] Kingsolver, J. G.; Pfennig, D. W. (2004). "INDIVIDUAL-LEVEL SELECTION AS A CAUSE OF COPE'S RULE OF PHYLETIC SIZE INCREASE". Evolution 58 (7): 1608. doi:10.1554/04-003. PMID 15341162

【楊江的回答(4票)】:

個人認為 @黃潮列?只講到了種內或種間「大」的競爭優勢,但沒有看到其在對抗自然(物理性)的劣勢,大意味著需要的資源多、繁殖週期長、所需空間大.....這在災難性環境條件或條件發生劇變時都是極為不利的,也就是為什麼恐龍滅絕了而小型哺乳類活過來了,同時我們也可以看到現在大型動物的滅絕速度是最快的。因此,大和小的優勢都是相對的,生物競爭要大而對抗自然要小。

??? 但生物間競爭的不利往往不是滅絕性的,自然災難卻往往帶來大範圍滅絕,所以我們現在看到的更多的是小型生物,當然小的發展潛力是有限的,就比如昆蟲的進化,種類是如此多,甚至形成了社會性也有幾億年,但仍然只能改變很小的環境,人類後來居上的迅速發展,也說明不是越小越好......當然這是否就是說咱人類對抗自然更強呢?呵呵,那就仁者見仁,智者見智了.......

????也因此,哈哈,不要一味的求另一半有多高多壯,那不一定是優勢.....

【負二的回答(2票)】:

通常認為動物體形大小與其基礎代謝率(單位體重耗氧量)有一個對數關係,也即著名的「鼠-象曲線」。而在進化中影響動物基礎代謝率的主要是環境的改變,以及生存壓力(食物鏈中所處的位置)。

古生物的體形異常巨大,一個比較普遍的說法是當時地球大氣的含氧量較高,生存壓力也較小,但現代的動物實驗卻並不支持含癢量高促使生物大型化這一理論,一個新的理論是,當時的大氣成分中有毒成分較多,生物為把這些毒素代謝掉,發展出了較強的代謝率,因而也獲得了較大的體形。

【classabling的回答(0票)】:

繁衍??敵人??發展??不可預見性??遺傳

【梁星玫的回答(0票)】:

有一種很有趣的說法,我個人也是盲目贊同的。

根據紅移現象,遠古時候地球周圍的天體跟地球的距離都還比較近(遠古時候的星空更美),所以遠古時候地球的重力其實是比較弱的,因此遠古的生物體型都比較大,隨著時間的推移,地球重力的加大,伴隨生物的進化,地球生物的體型就越來越小。

從而引申回答另外一些問題——為什麼有很多「古跡」(有可能是史前人類文明遺留的),都有難以解答的問題?——他們是怎麼做到的,怎麼搬來的大石頭,怎麼搭得那麼高? 簡單的回答就是,人類史前的文明,都比我們高壯很多。。看看恐龍,就知道恐龍之前的文明那些」人類「該有多高大了....

以上僅代表個人觀點~

標籤:-生物學 -生物進化 -自然進化 -黃潮列


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