踩入进化陷阱：明明小尺寸可以活得更好 生物却偏偏倾向于变大
踩入进化陷阱：明明小尺寸可以活得更好 生物却偏偏倾向于变大
访问：NordVPN 立减 75% + 外加 3 个月时长 另有NordPass密码管理器 各种细胞 Wikimedia Commons不仅如此，小尺寸的生物还具有难以置信的适应弹性，可以在环境变化中生存下来，所以它们中的一些成员相当古老。而作为对比，大尺寸的生物往往需要更长时间生长和成熟，因此它们的繁殖速度更慢，这降低了进化的速度，同时也失去了适应弹性。所以，环境变化最先倒下的都是是大型生物。比如6600万年前，小行星撞击导致恐龙灭绝的事件中，陆地上任何比家猫更大动物都灭绝了。事实上，即便没有大灾难降临，大尺寸的生物似乎也不太能够应对物理和生物环境的长期发展，基本没有什么大型生物可以长期演化下去的，通常在较短时间内就会走向灭绝。那么，有趣的问题是，既然进化对小生物更有利，那生物为什么还会变大呢？大部分生物确实都在想方设法地挑战物理极限，让自己变得更大，事实上这就像是一个“陷阱”一样，且生物对此无法自拔。图：这个被称为达尔文兰花，它与授粉飞蛾都高度特化了，除了彼此无法再适应其它生物为什么小生物更具适应性？我们前面提到过，体积太大会导致进化速度慢和丧失适应弹性从而灭绝，除了因为成熟的时间变长了之外，还有一个根本原因，就是大尺寸的生物体需要更多的专业化来维持。例如，较大的脊椎动物需要不成比例的厚骨骼和大肌肉，如果鼩鼱等比例长到大象大小的话，那么它们的骨骼也将无法支撑身体。这种专业化在生物学上有一个专业的名词来形容叫做特化。如果你了解这个名词的话，你就会知道高度特化的物种有多脆弱了。高度特化的特征意味着它只对特定的环境有效，而且越是高度的特化，它的机动性就越差，越难以发生改变。大象其实即便没有人类，也相当容易灭绝 Ikiwaner这就是为什么几乎所有大型生物都会走向灭绝，而不是继续演化的原因，因为随着体积变大，它们将用完所有“进化潜能”，直到无法做出任何改变去应对最简单的变化。小型生物正好相反，它们不需要太专业化，同时可以快速完成繁殖使命，积累基因突变来适应变化。更重要的是，因为尺寸小，它们可以更精细地分配资源，将更多物种和个体容纳在同一栖息地空间中，确保多样化不易完全灭绝。昆虫是资源分配的大师，所以单个昆虫类群的物种数量就超过了所有其他动物类群的总和，这使得它们可以称得上是地球上最成功的动物类群。另外，小尺寸生物因为不需要对自身生物体的维持做出太多努力，所以它们对环境的适应是我们远超想象的。那些较小的生命体，如一些古细菌可以在200°C 温度的深海喷口生存，水熊虫这样的节肢动物也可以忍受高辐射的环境。事实上，一些人认为微生物可以在陨石内完成星际旅行并存活下来，所以哪天你看到新闻说，太阳系其它地方的生命有着与地球生命共同的起源，不要觉得意外。既然小尺寸生命如此强大，那么为什么生物还会选择变大？大体积的进化陷阱古生物学家爱德华·科普（Edward Cope）曾提出，所有谱系中的个体在进化过程中都倾向于体型增大。虽然有时候会存在一些例外，但生物在进化过程中确实倾向于变大，这点是毫无疑问的，那些倾向于变小的生物，通常是因为资源的限制，而且这种限制不至于导致其灭绝。之所以生物倾向于变大，自然是因为越大越容易给它们带来更多生存和繁殖的机会。对于种群外部来说，较大的体型意味着能够更容易躲避掠食者，捕食猎物，所以大象和鲸鱼除了人类之外几乎没有天敌。对于种群内部来说，较大的体型更能战胜竞争对手，无论是动物，还是植物，还是其它生物类群，更大都意味着相较于同类可以得到更多生存资源。细胞增大后，表面积和体积比值下降 Wikimedia Commons对于个体来说，较大的生物体也往往更擅长保存热量，这是因为随着体积增加表面积与体积的比值会下降。另一方面，这对于有性繁殖而言也是有利的，不仅仅体现在较大体型能在种群竞争中胜出，还有体型更大往往也意味着拥有更多的生殖细胞。生物被“设计”成传递基因的使命，较大的体型无论从哪方面出发，它都对传递基因有利，所以生物倾向于变大，是可以理解的。但就像我们前面提到的，这种有利只是眼前的，而不是长久的，它就像一个陷阱一样。另外，值得一提的是，在变大这件事上，地球的生命花了很长时间才找到方法。单细胞生物的第一个证据可以追溯到大约38亿年前，当时新形成的地球已经冷却到足以让有机生命出现的程度。但是，单个细胞的大小有物理极限值，无论太大、还是太小都会导致细胞崩溃，太大的话营养输送都会出问题，而太小的话它难以自我能量为此。生物想要变大的唯一方法就是合作变成多细胞， 而地球多细胞的出现时间不到10亿年，在地球生命历史的大部分时间里都是以简单的单细胞存在的。古老的藻类化石，图源：S Bengston et al/PLOS Biology同样因为营养输送问题，多细胞生物在变大这件事上其实只有两种选择：一种是细胞合在一起之后彼此摊开，或者彼此连接，这样它们不需要内部运输系统也能维持生物体，古老的多细胞生物就是先找到这种简单的变大方式，所以那些古老的多细胞生物要么是扁平的，要么线状的。不知道何时起，生物找到了另外一种方式让不同的细胞专门从事不同的工作，包括结构支撑、消化食物以及移动氧气和二氧化碳等物质。也正是找到了这种方式，地球生命在变大这条路上变得一发不可收拾，不停尝试各种变大方式。但似乎历史已经说明一切，变大是一条不归路。 ...
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