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在《爱丽丝漫游奇境》中,爱丽丝喝了一种神奇的药水,身体立刻就缩小了。虽然现实中并没有这种药水,但体型缩小的事情却正在发生。有报道说,在动物王国,从鱼类到两栖类、爬虫类、鸟类和哺乳类,体型都在变小。
譬如,北极熊是当今最大的陆生食肉动物。雄性北极熊一般体重400千克,少数能达600千克。但在过去的20年里,它们已经不再长那么大了。东南亚婆罗洲的一种红肚皮青蛙,一般人很难注意到它,因为它仅有20毫米长。如今它更难被注意到了,因为它也在变小。
大的变小,小的变得更小,这一现象正引起生物学家的高度关注,因为动物体型的变化,会牵涉觅食、逃避敌害、寻找配偶等一系列行为的改变,从而影响到整个地球生物圈。那么,为什么会发生这一变化?这一趋势会持续吗?会不会有一天,“骆驼也能穿过针眼”呢?
体型小,散热快
问题的答案涉及德国动物学家克里斯廷·伯格曼的一项发现。1847年他发现,在哺乳类和鸟类的近亲物种中,生活在较冷地区的一般体型较大。比如同样是虎,东北虎就比华南虎大。伯格曼解释,这个现象与动物的表面积和体积有关。因动物身体产热与体积成正比,而散热却只与表面积成正比,这样,动物体型越小,表面积与体积之比就越大,散热就越快,寒冷时就越不容易保持体温。生活在较暖地区的动物,需要更快地散热,所以体型需要小些,而生活在寒冷地带的动物,需要保持体温,所以体型需要大些。这后来被称为“伯格曼法则”。
不过不要误会,伯格曼法则并不意味着大型动物就不能在炎热的环境中生存了。事实上,最大的陆生动物非洲象就生活在炎热的赤道地区。这是因为,即使非常大型的动物,也能在漫长的进化过程中,找到处理身体散热问题的办法。比如非洲象就是通过减少活动,不停洗凉水澡,不停用大耳朵扇身体等一系列措施来给身体降温的。伯格曼法则只是说,局限于同一类物种,一般来说(也有很多例外),体型小的在炎热环境下更易生存。
伯格曼法则的一个自然推论就是:当全球气候变暖的时候,固定生活于一个地区的动物们就会倾向于长得更小。所以变暖的气候,就相当于让动物们缩小的神奇药水。
气温升高,动物变小
这一变化在苏格兰野生绵羊身上确实发生了。现在苏格兰地区冬天气候越来越暖了,导致野生绵羊的平均体型下降。
许多鸟类的身体也在缩小。例如,生态学家拿8种澳大利亚小型鸟类与博物馆里1950年前后采集的同类型标本比较,发现有4种体型下降了。这些鸟都是留鸟,不会迁徙,它们对气候变暖做出的反应是缩小体型。
不过这种变化都很小,在苏格兰野生绵羊的例子中,体型大约只缩小了0.5%。这点变化看起来微不足道,但考虑到全球气温迄今升高还不到1℃,而且野生动物还没有足够的时间对此做出反应。如果气温升高得多一些,时间跨度长一些,那会怎样呢?
要回答这一问题,我们还得求助于历史。与今天的气候变暖最相近的是5600万年前一段叫古新世-始新世的高温期,那时全球气温升高了5~10℃,后来才缓慢降下来(当然这个升温过程持续了数万年,而不是短短几百年)。在这一时期,许多哺乳动物的体型都缩小了,等气温下降之后才得以恢复,甚至变得更大。比如,生活在今天美国怀俄明州盆地里的几种野马,那时的体型只有现在的猫那般大。比升温前缩小了30%,待到降温之后,体型不仅得到了复原,还比没有缩小前大了近70%。
冷血动物面临的
特殊挑战
改变体型的不仅仅是温血的脊椎动物。在美国怀俄明州的同一个地区,科学家发现生活在土壤中的无脊椎动物体型也缩小了。这些无脊椎动物虽没留下骨骼化石,但留下的活动痕迹化石表明,在气温高的时期,它们挖的地洞平均尺寸缩小了近30%~50%。
对于冷血动物,包括无脊椎动物,更暖的气候还会带来一些特殊的挑战。
首先,当气候变暖,它们的生理机能发育会比以前快,比如性成熟就早一些,所以冷血动物会更快地进入成年。这就像人类中的侏儒,身体的生长速度跟不上生理机能的发育速度,即体型还没长大,就已经成年定型了,所以体型缩小了。
其次是新陈代谢带来的问题。冷血动物的新陈代谢速度严重依赖于环境的温度,这看起来是个优势,温度高可以让它们更加活跃,但也有重大缺陷。新陈代谢更快意味着要消耗更多的能量,它们必须吃得更多。但当天气变热,它们不得不花更多的时间躲在阴凉处,以免身体过热,花在觅食上的时间反而少了。所以,在这种情况下,体型就会变小。这可以解释为何一些两栖类和爬虫类一直在缩小。
鱼也将变小。它们面临双重晦气:水温的上升将加速它们的新陈代谢,这需要更多的氧气,但在温度更高的水里,氧气的溶解度反而下降了。结果,它们不得不缩小体型来减少氧气的消耗。
人类的责任
在人类活跃的今天,体型变化只是野生动物面临的众多挑战之一。人类不仅正在让全球气候变暖,我们还通过一系列活动,加重了它们的灾难。比如通过对野生资源的过度开发,破坏动物的栖居地和习性,造成许多动物濒临灭绝。在现有的种群中,有时动物好不容易产生出一些有益的突变,——这些突变可能正是为了更好地应付气候变化进化而来的——还来不及扩散到整个种群,就随着突变拥有者被人类捕杀而消失了。这就大大地降低了动物通过快速进化来适应气候变化的能力。
作为地球生态系统中的一环,在这些变化中,人类当然也难置身事外。我们最终将遭受大自然的惩罚。别的且不说,一个现在就可预见的后果是,随着鱼类体型缩小,未来海产品将大幅度减产。如果我们所赖以生存的别的生态系统也产生类似的“骚动”,那么潜在的食品危机就会更严重。也许,像北极熊一样,人类最终也将不得不勒紧裤带,通过缩小体型来适应生存。
譬如,北极熊是当今最大的陆生食肉动物。雄性北极熊一般体重400千克,少数能达600千克。但在过去的20年里,它们已经不再长那么大了。东南亚婆罗洲的一种红肚皮青蛙,一般人很难注意到它,因为它仅有20毫米长。如今它更难被注意到了,因为它也在变小。
大的变小,小的变得更小,这一现象正引起生物学家的高度关注,因为动物体型的变化,会牵涉觅食、逃避敌害、寻找配偶等一系列行为的改变,从而影响到整个地球生物圈。那么,为什么会发生这一变化?这一趋势会持续吗?会不会有一天,“骆驼也能穿过针眼”呢?
体型小,散热快
问题的答案涉及德国动物学家克里斯廷·伯格曼的一项发现。1847年他发现,在哺乳类和鸟类的近亲物种中,生活在较冷地区的一般体型较大。比如同样是虎,东北虎就比华南虎大。伯格曼解释,这个现象与动物的表面积和体积有关。因动物身体产热与体积成正比,而散热却只与表面积成正比,这样,动物体型越小,表面积与体积之比就越大,散热就越快,寒冷时就越不容易保持体温。生活在较暖地区的动物,需要更快地散热,所以体型需要小些,而生活在寒冷地带的动物,需要保持体温,所以体型需要大些。这后来被称为“伯格曼法则”。
不过不要误会,伯格曼法则并不意味着大型动物就不能在炎热的环境中生存了。事实上,最大的陆生动物非洲象就生活在炎热的赤道地区。这是因为,即使非常大型的动物,也能在漫长的进化过程中,找到处理身体散热问题的办法。比如非洲象就是通过减少活动,不停洗凉水澡,不停用大耳朵扇身体等一系列措施来给身体降温的。伯格曼法则只是说,局限于同一类物种,一般来说(也有很多例外),体型小的在炎热环境下更易生存。
伯格曼法则的一个自然推论就是:当全球气候变暖的时候,固定生活于一个地区的动物们就会倾向于长得更小。所以变暖的气候,就相当于让动物们缩小的神奇药水。
气温升高,动物变小
这一变化在苏格兰野生绵羊身上确实发生了。现在苏格兰地区冬天气候越来越暖了,导致野生绵羊的平均体型下降。
许多鸟类的身体也在缩小。例如,生态学家拿8种澳大利亚小型鸟类与博物馆里1950年前后采集的同类型标本比较,发现有4种体型下降了。这些鸟都是留鸟,不会迁徙,它们对气候变暖做出的反应是缩小体型。
不过这种变化都很小,在苏格兰野生绵羊的例子中,体型大约只缩小了0.5%。这点变化看起来微不足道,但考虑到全球气温迄今升高还不到1℃,而且野生动物还没有足够的时间对此做出反应。如果气温升高得多一些,时间跨度长一些,那会怎样呢?
要回答这一问题,我们还得求助于历史。与今天的气候变暖最相近的是5600万年前一段叫古新世-始新世的高温期,那时全球气温升高了5~10℃,后来才缓慢降下来(当然这个升温过程持续了数万年,而不是短短几百年)。在这一时期,许多哺乳动物的体型都缩小了,等气温下降之后才得以恢复,甚至变得更大。比如,生活在今天美国怀俄明州盆地里的几种野马,那时的体型只有现在的猫那般大。比升温前缩小了30%,待到降温之后,体型不仅得到了复原,还比没有缩小前大了近70%。
冷血动物面临的
特殊挑战
改变体型的不仅仅是温血的脊椎动物。在美国怀俄明州的同一个地区,科学家发现生活在土壤中的无脊椎动物体型也缩小了。这些无脊椎动物虽没留下骨骼化石,但留下的活动痕迹化石表明,在气温高的时期,它们挖的地洞平均尺寸缩小了近30%~50%。
对于冷血动物,包括无脊椎动物,更暖的气候还会带来一些特殊的挑战。
首先,当气候变暖,它们的生理机能发育会比以前快,比如性成熟就早一些,所以冷血动物会更快地进入成年。这就像人类中的侏儒,身体的生长速度跟不上生理机能的发育速度,即体型还没长大,就已经成年定型了,所以体型缩小了。
其次是新陈代谢带来的问题。冷血动物的新陈代谢速度严重依赖于环境的温度,这看起来是个优势,温度高可以让它们更加活跃,但也有重大缺陷。新陈代谢更快意味着要消耗更多的能量,它们必须吃得更多。但当天气变热,它们不得不花更多的时间躲在阴凉处,以免身体过热,花在觅食上的时间反而少了。所以,在这种情况下,体型就会变小。这可以解释为何一些两栖类和爬虫类一直在缩小。
鱼也将变小。它们面临双重晦气:水温的上升将加速它们的新陈代谢,这需要更多的氧气,但在温度更高的水里,氧气的溶解度反而下降了。结果,它们不得不缩小体型来减少氧气的消耗。
人类的责任
在人类活跃的今天,体型变化只是野生动物面临的众多挑战之一。人类不仅正在让全球气候变暖,我们还通过一系列活动,加重了它们的灾难。比如通过对野生资源的过度开发,破坏动物的栖居地和习性,造成许多动物濒临灭绝。在现有的种群中,有时动物好不容易产生出一些有益的突变,——这些突变可能正是为了更好地应付气候变化进化而来的——还来不及扩散到整个种群,就随着突变拥有者被人类捕杀而消失了。这就大大地降低了动物通过快速进化来适应气候变化的能力。
作为地球生态系统中的一环,在这些变化中,人类当然也难置身事外。我们最终将遭受大自然的惩罚。别的且不说,一个现在就可预见的后果是,随着鱼类体型缩小,未来海产品将大幅度减产。如果我们所赖以生存的别的生态系统也产生类似的“骚动”,那么潜在的食品危机就会更严重。也许,像北极熊一样,人类最终也将不得不勒紧裤带,通过缩小体型来适应生存。