树龙虾

在生物灭绝之前,它们都得了同一种病中国

发布时间:2022/9/12 19:22:49   

如果把一种生物从出现到灭绝的时间,定为这个物种的“寿命”的话,那每个物种的平均寿命为万年。

人固有一死,或是自然去世,或是染病而终,或是意外身亡,遗传因素和生活习惯影响着人类的寿命。与人类的死亡相似,自然界的生物也终会灭绝。如果把一种生物从出现到灭绝的时间,定为这个物种的“寿命”的话,那每个物种的平均寿命为万年。然而,各个物种的寿命长短相差甚远。最长寿的物种寿命长达1.6亿年,而短寿的物种,例如人类所在的灵长类,只有万年的寿命

个灭绝属的寿命分布,最长寿的5%属具有1.6亿年的寿命图片来源:参考文献[1]

自然的,就如同人们探究百岁老人长寿的秘密,科学家也对物种寿命问题兴致勃勃。从拉马克开始,在历经数个世纪的研究之后,科学家们发现,在很多生物灭绝之前,它们都得了同一种病——特化。

特化,是指物种适应于某一独特的生活环境,对该环境适应而变得难以适应其他环境的现象。

生物的特化就像人类经过学习特定的知识,在长大后从事不同的职业。当社会不需要某个职业时,该职业的人就会失业;同样,当环境改变,原本的温度,食物等适宜条件消失,特化的生物也会因为不适应新环境,导致数量减少甚至灭绝。

图片来源:CovalentCareers

地球上的物种,多多少少都有“特化”病,这是自然选择的结果。物种长期生活在某个特定环境下,适应该环境的个体生活得更好,能够留下更多的后代。一代又一代,适应当前环境的比例越来越多,而适应其他环境的数量就少了。在环境改变时,难以在改变后环境生存的生物就会大量死亡。

从这个角度来说,特化就像是一种降低物种对环境变化抵抗力的疾病。它随着一代一代的自然选择传递,逐渐降低生物对环境变化的抵抗力,最终让生物死于难以适应温度,缺少食物,无法逃离危险等并发症。在物种寿命的末期,还会出现各种并发症的组合袭击,最终杀死物种。

住的挑,吃的挑,冻死饿死少不了

特化导致的常见“抵抗力降低”症状,最主要的有狭温性、食性专一、共生与寄生、个体过大、生长发育缓慢和低生殖率。当一个物种出现了主要症状之一或更多,也就意味着这个物种的寿命不会很长了。

“狭温性”的典型病例是北极熊。它们长期生活在低温的北极的冰盖上,以捕食海豹为生,因此演化出了厚实的保温皮毛和白色的保护色,让它们在北极如熊得雪。然而,皮毛的强大保温能力导致北极熊适宜温度范围狭窄,在气候变暖后便很难生存。

在历史上,狭温性尤其对热带和寒带物种危害巨大,因为当地球环境变暖和变冷时,它们没有逃脱空间,而温带物种更可能随着温度改变转移阵地。

只能生活在寒冷北极的北极熊,因为全球变暖导致冰盖融化而面临生存危机。图片来源:WildForLife

因珊瑚虫死亡而白化的珊瑚礁。珊瑚虫只能适应26℃左右的水温,由于全球变暖,珊瑚礁处于灭绝边缘。图片来源:Greenpeace

得了“食性专一”病例的是剑齿虎。食性特化使生物只吃少数种类的食物,或是寄生在特定寄主身上。当它依赖的生物数量减少或消失时,也会导致自己数量骤减甚至灭绝。在剑齿虎生活的更新世,大型、移动缓慢,但皮肤厚实坚韧的猛犸象和野牛等食物特别丰富,剑齿虎长长的剑齿能够穿透猎物的厚皮杀死猎物。然而,当更新世时期,大型植食性动物灭绝,剑齿虎缺少食物,也便随之一同灭绝了。

“共生与寄生”包括各种共同生活的生物。如虫黄藻生活在珊瑚虫体内,为珊瑚虫提供营养,而珊瑚虫则为之提供无机盐,当虫黄藻因为温度过高死亡时,珊瑚虫也会因营养不足死去;寄生则是生活在特定生物上的寄生虫,当寄主灭绝时,寄生虫也免不得唇亡齿寒了。

捕食大角鹿的剑齿虎,由于寒冷气候结束,厚皮的大型寒带动物难以生存,剑齿虎也随之灭绝。图片来源:PrehistoricFauna

长得大,生的少,一到灭绝就难跑

在稳定的环境中,大个头更有优势,因为它们可以吃更大的食物,同时降低被捕食的几率。但大的个体需要更多的食物来维持自身,当环境恶化,食物减少,相比小个头,它们更容易被饿死。

回顾白垩纪,翼龙是“个体过大”的典型病例。翼龙的翼膜结构使其在大型化上比起鸟类更有优势,但对于小个体的鸟类,它们的羽毛更加易于保温,个小也更容易在密林中移动,因此翼龙在与鸟类的竞争中变的越来越大。

在晚白垩纪的桑托阶—坎帕阶动物群中,翼龙的尺寸远远超过了鸟类。白垩纪末期的翼龙翼展都在5m以上,最大的甚至达到11米,这导致它们在白垩纪末的灭绝中由于食物缺乏和风暴全军覆没,而小个体鸟类则活了下来。

同样,在地史上最大规模的灭绝——二叠纪末大灭绝中,存活下来的生物几乎全在5cm以下,这说明在二叠纪末的环境更适合小个体生物生存。

翼龙因个体过大而缺少小个体,在白垩纪灭绝中全部消失,鸟类接替了它们的位置

图片来源:参考文献[2]

患上“低生殖率和生长发育缓慢”的病例是旅鸽。低生殖率,生长缓慢可以让每个孩子都得到亲代的良好照顾,提高下一代的成活率,在稳定的环境下能够促进生物数量的增长。而在灾难中,生物数量受到严重打击时,低生殖率和缓慢的生长发育会导致数量再难恢复,导致灭绝。

19世纪,旅鸽是北美甚至可能是世界上数量最多的鸟类。在它们数量的鼎盛时期,一个鸟群能达到约米宽,千米长的巨大规模,飞过村庄时遮天蔽日。但在短短不到百年内,因为人类捕杀,旅鸽从几十亿种群走向灭绝。

究其原因,除了人类的杀害外,旅鸽的繁殖行为需要在群体内才可以进行,且一次仅产一枚卵,群体对其精心照顾,才有了“子子孙孙无穷尽也”的景象。然而,一旦遭到人类捕杀,生的少,无法补充群体的旅鸽便迅速灭绝。

曾经繁盛的旅鸽群,因为人类的大量捕杀和自身的低生殖率而灭绝。图片来源:BakersfieldCalifornian

浮游生物像“股票”

如同降低人类免疫力的疾病,“艾滋病”一般,“特化”并不会立刻杀死一个物种,而是通过降低物种对环境变化的抵抗力而减少物种的寿命,杀死物种的,是环境。不同的环境,杀死物种的症状也不甚相同。

浮游生物是海洋中数量最大,也是最易取得的食物,只要一张嘴,吸进海水,便能将浮游生物吃进肚子。在这方便易取,取之不尽的馅饼的诱惑前,许多物种演化为以浮游生物为食,由此出现了一系列的特化症状:浮游、表层生活、滤食性以及低移动能力。

近水楼台先得月,浮游和表层生活可以让物种接近浮游生物所处的位置,大口吞吃它们,如三叶虫中的球接子,将自己变成贝壳模样,在水中抓取食物;菊石的幼体生活在水上层,以浮游动物为食;

滤食则是把自己变成过滤器,像吸尘器一样将不善游动的浮游生物吸入口中,如蓝鲸和座头鲸;

低移动能力则病的更加严重:海百合和腕足动物为了节省能量,干脆动都不动,固定在一个地方,通过扰动水流或用触手对浮游生物直接进行海底捞。

在环境优越的时候,浮游生物资源丰富,这些动物活得十分滋润,蓝鲸甚至靠吃磷虾吃成了世界上最大的动物。

对球接子(特化捕食浮游生物的三叶虫)的复原,球接子灭绝于奥陶纪晚期图片来源:ScienceDirect.

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