生命奥秘 蜻蜓翼展近1米 什么造就远...

蜻蜓翼展近1米 什么造就远古巨型昆虫?(图)

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【新三才綜合】蜻蜓体型大小与老鹰相当,翼展接近一米———

远古时代,地球大气层中氧含量远远超出了今天的标准,而古生物学家通过化石标本得知远古时代的昆虫体积普遍大于现代。那么,是不是当时的高氧大气造就了古代的巨型昆虫?

3亿年前石炭纪地球上生活着巨型昆虫,蜻蜓翼展接近一米。

科学家们通过化石记录发现,在恐龙之前,地球上就有巨大的物种存在,它们就是3亿年前石炭纪的巨型节肢动物,包括超大的蜉蝣昆虫、蝎子;吊兰大小的蜘蛛;还有5英尺长的千足虫,等等。其中最神奇的应是巨型蜻蜓,它们的翼展可以达到2英尺半(接近1米),有老鹰那么大,是地球上有史以来最大的昆虫。

3亿年前,这些物种曾经昌盛一时。那时大部分陆地都在热带,植物繁盛(后埋入地下形成煤炭,该时期因此称为石炭纪)。但经过大约5000万年,从二叠纪的中期到晚期,这些巨型物种消亡了。

长期以来,科学家们都猜测,也许是大气中氧气含量的变化在它们的兴亡中起了关键作用。现在,古生物学家开始探究这些大小与现在的老鹰相当的远古蜻蜓、蟑螂以及其它超型昆虫的兴亡是否与超高的氧含量有关。

正方:高氧浓度造就了古代巨型昆虫

石炭纪地球大气层中氧气浓度高达35%

不久前,美国耶鲁大学生物学家罗伯特·贝尔纳等人发表的一项古气候研究肯定了这个猜测。

研究者在报告中指出,石炭纪时地球大气层中氧气的浓度高达35%,比现在的21%要高很多。许多节肢动物是通过遍布它们肌体中的微型气管直接吸收氧气,而不是通过血液间接吸收氧气,所以高氧气含量能促使昆虫向大个头方向进化。

这些认识来源于对远古大蜻蜓的飞行机制的研究。科学家们长期认为,那样巨大的蜻蜓只能滑翔而不可能飞。航空工程师罗伊·贝克迈尔指出:“很明显,它们是能飞行的。”其中关键条件之一是它们的翅膀可以摆动、弯曲和扭转。现代蜻蜓就是靠弯曲和扭转它们的双翅来上升和前进的。

化石资料表明,古蜻蜓的双翅上有类似于现代蜻蜓的褶皱结构,现代蜻蜓能扭动外部的翅膀,而古蜻蜓可以缓缓地扭动全部翅膀,所以它们也许不会飞得太快,但还是能飞的。

但是那么巨大的昆虫,就算是缓慢的飞行也会因肌肉运动而产生大量热量。因此,古代蜻蜓一定得有排出自身热量的途径,不然它们会被自己的体温烤死。这一点是美国拉特格斯大学的昆虫学家迈克尔·梅最先指出的。

科学家发现,现代蜻蜓和其它昆虫一样,体内有一种叫血淋巴的体液(即无脊椎动物的血)在它们整个身体中循环流动。当它们太热的时候,会增加腹部血淋巴的流量,它们的腹部既长且薄,可以通过对流,散去多余的热量。这就像汽车的冷却系统把热量从发动机处带走一样。

尽管还没有找到直接证据,但梅认为很可能古代蜻蜓也有类似的机制,使它们能长时间飞行而不至于过热。之所以没有找到直接证据,是因为化石通常只保留下骨骼材料。

氧气含量的多少可以决定昆虫的形体大小

为弄清楚高氧气含量是否推动了古代超大蜻蜓等节肢动物的进化,研究者对现代蜻蜓进行了研究。原来,昆虫是通过它们身体上的气孔系统来“呼吸”的。气孔连着气管,而且由上往下又附着更多层的越来越小的气孔,由此把氧气送到全身。在目前的氧气水平下,气孔系统的总长度已经达到极限;超过这个限度,氧气的水平就会变得不够。因此,根据这一该构造,可以有效判断,氧气含量的多少可以决定昆虫的形体大小。

也就是说,在高浓度氧气环境中,大个头的昆虫就有进化上的优势,它们可以获得更多的氧气。对海洋中的无脊椎动物的研究也发现,在更冷和氧气含量更高的水体中,那里的生物的体积也更大。

诚然,石炭纪时代的大气气压确实比现在高。这就基本可以推断那些远古庞然大物的一个决定因素正是氧含量较高。但这究竟是怎样导致它们体积变大的,目前科学家还很难回答。

反方:体型与氧气含量也许并没有必然联系

昆虫通过各种技能适应氧气浓度的变化

虽然贝尔纳等人的分析很精彩,但一些科学家还是心存疑虑,甚至有的还提出了截然相反的结论。

为探究昆虫体型大小变化的根源,亚利桑那大学的昆虫研究员乔恩·哈里森和他的同事在不同的含氧量环境中喂养了蝗虫、米虫、果蝇以及其他昆虫,并对它们的大小进行测量,以解答远古地球的高氧大气是否与古代巨型昆虫的进化有关。

哈里森他们起先认为个体较大的昆虫在含氧量较低的环境中生存更困难,然而结果却不是如此。例如,小蝗虫在低含氧量环境中尤其是氧气浓度低于15%的环境中就无法生存,而成年蝗虫则可以在2%的氧气含量环境中生存下来。

哈里森在美国地质协会与加拿大地质联合大会上表示,在初步实验中,他们将一些与自己祖先一样都没有呼吸器的现代昆虫放在富氧环境中,结果发现较高的氧气含量并不必然产生较大的个体,而较低的氧气含量也并没必然会产生较小的个体。

哈里森解释说,昆虫通过各种各样的技能来适应氧气浓度的变化。这些技能包括增大气孔和增加进入身体的新鲜空气量等。而在这些昆虫中,有的更善于增加吸入的新鲜空气量,有的则更善于扩大气孔的大小。也正是因为这些原因,使得他们对所研究的问题有了不同的答案。

哈里森说:“我想问的是为什么现代昆虫的个体都如此小?”过去,研究人员猜想,与现在大气含氧量为21%相比,石炭纪时期大气含氧量达到35%,在这种环境中,更容易产生大型昆虫。而哈里森的研究却发现,体型与氧含量也许并没有必然联系。

昆虫体型大小是否与气压高低有关

与此同时,耶鲁大学古生物研究生约翰·凡登·布鲁克斯也在鳄鱼身上进行了相同的实验。试图找到在二叠纪时期高达30%的氧气含量环境是否会在生活其中的动物骨骼中留下任何线索。结果发现,在一定的高氧含量环境中生活的鳄鱼个头更大。但氧含量超过27%或28%时,这种变化就不那么明显了。布鲁克斯还打算在下一步实验中,将虹鳉放在不同氧含量的环境中喂养,并观察在数代之后有什么变化。

此外,科学家通过对果蝇的研究发现,有的果蝇在高氧环境中体型增大,有的并没有。但在氧气含量高、气压也高的环境下,接受试验的果蝇生活到第五代,身体尺寸增长了20%。难道气压的高低也与昆虫大小有关?

这些实验结果的不一致不能不让人对先前的猜想产生疑问:氧气是否真的造就了古代巨型昆虫?远古时代的巨型昆虫的灭亡果真是大气中氧气浓度减小导致的吗?对这些问题的解答,看来还得有更加充分的证据才行。

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