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在生物灭绝之前,它们都得了同一种病

时间: 2021年04月09日 | 作者: 古明地恋 | 来源: 中国科普博览
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400万年。



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400万年。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100万年的寿命


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17500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。


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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。


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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:Wild For Life


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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。


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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:Prehistoric Fauna



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。


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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1600米宽,480千米长的巨大规模,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。


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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:Bakersfield Californian



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。


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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.com


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食磷虾群的蓝鲸,蓝鲸是地球最大的动物,以浮游生物为主要食物

图片来源:American Museum of Natural History


然而,天上没有免费的馅饼。浮游生物对环境变化尤为敏感,一有风吹草动便会成片死亡。因此,每当到了环境恶化之时,依靠浮游动物为生的物种总是首当其冲。球接子灭绝于奥陶纪,而其它三叶虫大多数都生活的很好;菊石在白垩纪末的灭绝中消失,而它底栖的近亲鹦鹉螺则得以幸存;至于那些移动能力低的物种,更是只能躺着“等死”。腕足动物和海百合在二叠纪末的灭绝中近乎全灭,海百合只有能自由移动的类型活了下来,但也从此一蹶不振,直到现在,它们在海洋中仍然是边缘角色。


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古生代动物群(黑色)和现代动物群(白色)属的数量演化和灭绝率。古老、特化的物种大多数已经灭绝,而长寿非特化的物种得以生存下来

图片来源:参考文献[3]


但相对于陆地而言,海洋对“特化病”的包容度更高。早在对灭绝生物研究刚刚起步的时候,拉马克就推测海洋生物比陆地生物更不容易灭绝,因为海水对环境变化有更多的“缓冲”,使海洋的环境比陆地更稳定。


事实也是如此。海洋物种的生存时间明显比陆地物种生存时间长,珊瑚能够生存2500万年,贝类可以生存2300万年,而陆地上的马只能生存400万年。比起马来,更加“特化”,飞行的鸟类只能生存250万年而已。


至于那些十分特化,聚集了一大堆症状在身上的物种,寿命就更短了。



保护濒危生物


除了上述的症状,特化的其他症状还有营养价值高(美味谁都想吃)、寿命长(老年抢占青年的生存空间)、形态和行为复杂(某个器官或生存环节出了问题就难以生存)、迁徙行为(一个迁徙地环境改变就无法生存),以及数量低、分布范围狭窄、丰富度变动剧烈(数量低时很容易降到危险水平)、季节性群集(容易被一网打尽)和遗传变异率低(面对环境改变难以有个体能存活)等。


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夏威夷蜗牛夜间活动,主要吃叶子上生长的真菌,但因为数量低、分布范围狭窄,加上栖息地破坏和家鼠的袭击等,所有夏威夷蜗牛都已濒危

图片来源:Wikipedia


有些症状可能单拿出来无伤大雅,但某些时候,两个或更多的症状聚在一起,便足以让物种宣判死刑了。


大海牛于 1741 年在白令海峡发现,而在1768年便由于人类大量捕杀而灭绝,从被人类发现到灭绝,中间只隔了27年。大海牛消失的原因,除了自身,主要还是人类的贪婪。


大海牛有诸多的特化症状,它们食性特化到仅以北极的海藻为食,在人类未到来时,巨大的体型使它们少有天敌,安然生活。


然而,当环境变化——人类的捕杀开始,它们的特化便成为了种族灭绝的原因。它们狭温性,只适应寒带气候;数量少,只有1000-2000头;分布范围狭窄,仅限于白令岛与铜岛的近海水域;体型大,长达7.5米,繁殖能力差,生长缓慢;食性单一,只以海藻为主食,当人类杀死与之共存的海獭以获取毛皮时,海藻林失去了海獭的保护而大片减少,大海牛也随之变的食物缺乏。更重要的是,它们集中了“营养价值高,美味”和“行动能力差,好抓”两点在贪婪的捕食者面前几乎不可能存活的症状。大海牛的肉十分美味,可以保鲜很长时间,美味传说让大海牛成了欧洲船队一道不能错过的特色菜,然而,它们甚至不惧怕人类,在被人类捕捉时不会逃跑…于是,在人类的捕杀之下,从被人类发现到灭绝,中间只隔了27年。


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憨态可掬的大海牛,因为肉味鲜美和移动能力差被人类捕杀而灭绝

图片来源:Pinterest


而我们的国宝大熊猫,也是凭“本事”活成了濒危动物:只吃竹子,只分布在四川和陕西,寿命长,生的少,竹子开花就挨饿。但与大海牛不同的是,它们得到了人类的充分保护,成为世界的“团宠”,数量也在不断回升。然而,在世界上,仍有许许多多的生物因为人类的环境破坏和杀害,从生活无忧变得数量减少、分布范围狭窄,甚至濒危。


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可爱的大熊猫因为人类的保护免于灭绝

图片来源:Global Times


人得了疾病,医生不会见死不救,而是会千方百计延长他的寿命;在人类出现之后,人类的活动在各种层面上改变了环境,使特化病提前爆发,大大加速了物种灭绝的速度。对于得了特化病的物种,人类绝不能落井下石,以其生存能力差为由不加保护。


毕竟,不要忘了,人类也是生物的一员,也是集大个体、低生殖、长寿命、生长缓慢、遗传变异率低于一身的高度特化的生物,还因现代生活患上了移动能力低,狭温性等更多的“特化病”。如果生存环境被破坏,失去了现代生活的人类,大多数都根本无法生存下去。


保护特化的生物,也就是保护我们自己。


我们人类,“晚期智人”出现至今不到5万年。如果我们继续破坏环境的话,灵长类物种100万年的平均寿命,人类还能达到吗?

 

参考文献:

[1]Raup D M. The role ofextinction in evolution[J]. Proceedings of the National Academy of Sciences,1994, 91(15): 6758-6763.

[2]Longrich N R, MartillD M, Andres B. Late Maastrichtian pterosaurs from North Africa and massextinction of Pterosauria at the Cretaceous-Paleogene boundary[J]. PLoSbiology, 2018, 16(3).