爲什麼遠古時代的動物個體都很大?

歐冶子不打鐵


答:物種競爭讓遠古時代的動物向大體型進化,而高濃度的含氧量給大體型動物提供了先決條件。


在3.5億~2.95億年前的石炭紀,陸地植物大量出現,此時動物完成了從水中向陸地轉移的關鍵進化,這一時期的大氣含氧量高達45%,是地球有史以來含氧量最高的時期。



此時段內,陸地上的生物以巨大的昆蟲為主,比如體型長達1米的“蜻蜓”,這一時期還有個別稱——“巨蟲時代”。


接著就是二疊紀生物大滅絕,陸地上超過96%的生物在50萬年內不見蹤影;然後迎來三疊紀的恐龍崛起,動物體型越來越大,比如:

(1)地球上出現過最大的恐龍——易碎雙腔龍,體長可達35米,重量超過200噸;



(2)地球上出現過最大的飛行動物——風神翼龍,翼展可達10米,體重可達0.25噸;



之所以遠古動物體型巨大,其中一個重要的原因就是物種競爭的需要:體型越大的動物,在和其他物種競爭時越具有優勢,天敵也越少,在環境資源豐富的情況下,遠古動物開啟了向大體型進化之路。


另外,體型越大的動物,呼吸系統越龐大,氧氣在動物體內局部擴散靠的是濃度差,氧氣含量越高,平均擴散距離越長,這將大大降低呼吸系統的複雜程度,而那時候大氣的高含氧量,給大體型動物提供了先決條件。



正是有了先決條件和進化動因,才使得遠古生物的體型一般都很大。


但是體型的巨大,存在一個不可彌補的缺陷,就是對環境變化的適應能力低,一旦環境發生改變,比如含氧量降低、食物來源減少、各種天災異禍,大體型的生物將會首當其衝。




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艾伯史密斯


圖示:有史以來最大動物藍鯨

首先要更正題主的一個錯誤,有史以來最大的動物生活在現代,海洋中的藍鯨被認為是地球生命誕生之後最大的動物,藍鯨體長超過33米,體重超過200噸,目前瀕臨滅絕。至於題主之所以有遠古時代的動物個體都很大的印象,主要來自兩個特殊的地質年代,在那些年代植物和藻類極端繁榮,因此造成大氣中的氧氣含量達到有史以來的最大值。請看下圖。

圖示:縱座標的單位每格是百萬年,起點是10億年前,終點是現在,可以看到在大約距今三億年前有一個大氣氧濃度的高峰期,大氣中的氧氣濃度達到35%,然後劇降之後,又在大約一億年前達到氧濃度30%,而遠古時期的巨大昆蟲包括恐龍的繁盛王朝就生活在距今大約一億年前,然後氧氣濃度開始穩步下降到今天的大約21%的水平。

圖示:這是不同地質時期中的動物明星或明星動物,從三葉蟲到哺乳動物,其間經歷過一過巨型昆蟲時期,即圖片中的那個像蜻蜓一樣的圖標,注意看它所對應的時間大約距今320~290個百萬年前,即距今3.2~2.9億年前,在看看上面那張地球歷史大氣中的氧氣濃度波動圖,不難發現這兩者具有一目瞭然的相關性。

為何氧氣濃度的變化與昆蟲的體型大小相關呢?

要將相關性轉變為因果關係,即因為氧氣濃度高所以才會進化出巨型昆蟲,即允許巨型昆蟲生存,那就需要了解一下昆蟲是如何利用氧氣的。由於沒有任何理由認為,因為有巨型的昆蟲所以大氣中的氧氣濃度才那麼高,所以我們不需要擔心犯下顛倒因果關係的錯誤。看圖,昆蟲的呼吸循環系統。

圖示:昆蟲的“呼吸”系統

昆蟲沒有如四足

動物這樣的由肺和相關肌肉構成的主動呼吸系統,而是通過遍佈在體表的氣孔氣道實現“呼吸”作用,空氣在這些越分越細的氣道中自由擴散,同時與血液實現氣體交換的過程,由於缺乏主動呼吸功能,導致昆蟲的極限體型大小嚴重受制於空氣中的氧氣濃度,氧氣濃度越高能夠擴散的距離越遠,也就打開了巨型昆蟲進化的生理學限制,反之則巨型昆蟲必將窒息而死。另外,昆蟲的動靜脈系統不夠完善,對氧氣的利用效率比不上四足動物,所以今日的氧氣濃度能夠支持龐大如藍鯨般的動物生存,但卻已經無法支持如遠古般巨大的昆蟲生存了。

其他遠古巨型動物

通過增大體型來對抗掠食者是自然界動物生存競爭中的常見套路,只要有可能,動物的體型就會像巨大化發展。但每一次巨大的自然災變,通常都是體型越大越容易倒黴,即便不直接死於天災,也會因為食物匱乏而亡,宇宙間沒有免費的午餐,大體型固然在生死競爭中有優勢,只要熬過成長期,就再無被掠食者捕殺的性命之憂,但與此同時則需要充足的食物供應。

圖示:嘿,據說流星會帶來好運。

題主所言遠古巨大的鳥,其實已經是恐龍大滅絕之後,伴隨著生態系統的恢復,逃過一劫的鳥類在曾經的霸主恐龍被清場之後,發展出來的新巨型動物了。

圖示:各種大鳥到巨型鳥類。可惜生活在新西蘭的恐鳥被毛利人的祖先給吃光了,不知道未來的動物學家們有沒有能力用化石中的基因將它們“復活”


三思逍遙


像恐龍,蛇,昆蟲,鳥都很大個頭,到現在為什麼這麼小?

最主要的原因是環境。

地球上有過多次進化出大型生物之後滅絕的情況。

第一個是石炭紀和二疊紀時候的大型昆蟲。蜻蜓可以長到兩米大。這個時期的地球環境潮溼,溫暖,含氧量很高,達到了31%-35%。昆蟲是沒有肺的,它們身上有氣孔,直接從空氣中吸收氧氣。如此高的含氧量,可以支撐它們長很大。

第二個是白堊紀,也就是恐龍。恐龍和昆蟲是完全不一樣的系統。除了環境因素,不能用同樣的理論來解釋恐龍的巨大。對於這個有個叫做柯普法則的理論。

這個理論是說,不飛行的動物,在環境適宜的情況下,主流進化方向是變得更巨大。因為更大的身體代表了更強的戰鬥力,生存能力,擁有更多的把基因遺傳下去的機會。而這個理論同時說明,進化出巨大的物種需要地質時間。也就是說,咱們現在所處的時間,從地質上恐龍滅絕之後算起,還不足以進化出恐龍般巨大的身形。

這個理論有一定的道理,但是並不足以解釋。

有兩個地方需要著重,第一個就是遠古時期,並不是沒有小的生物。小型生物,昆蟲等也是存在的。也就是說進化一直都是多向的,不是單一方向的。

第二個是人類的出現。人類的出現杜絕了其他生物變得更巨大的可能,人類的破壞力太太太巨大了。

同時,巨大的體型在環境適宜的時候很強大,但是在應對環境變化方面不如體型嬌小的生物有優勢。

所以實際上巨大可能不是最優的進化選擇。


司空見白


一句話:當時的環境條件允許它們體型巨大化。


這裡注意一點,並不是所有的遠古生物體積都很大,也不是現代生物全都小,比如藍鯨,放到遠古,基本和蜥腳類恐龍一個級別的了。見下圖

人和動物之間的競爭,為什麼以人類取勝而告終?本質上可以理解為:因為人更加聰明。

那麼問題來了,在遠古時期,並無證據可以證明存在過高等智慧生物,

那麼生物之間的競爭靠什麼來取勝呢?

很簡單,誰更強壯,誰就更容易生存,所以體型巨大化往往能幫助生物存活延續下去

但也要注意一點,體型巨大代表每天進食量巨大,就要保證食物來源充足,這也是環境抑制的體現。所以巨型生物往往種群數量不多,抵禦自然災害的能力也沒有小型生物強。

還有就是氧氣含量氧氣含量越高,往往意味著體型巨大的物種出現,比如在氧濃度很高的石炭紀,出現的巨型蜈蚣,以及巨型蜻蜓也是那時候出現的。

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賽先生科普


1 : 好吧,我回答一下,首先可以確定的一點,遠古時代的動物體型和空氣當中的含氧量是存在關係的,從一些科學研究來看,恐龍時代的氧氣佔比要比我們現在多30%,那麼這30%就是很關鍵的一個因素,這個因素導致了那個時候,不僅僅是動物的體型巨大,連植物也是如此。

2 : 首先舉個例子,當你一個人突然跑到高原上去的時候,你會出現頭暈噁心等高原反應,原因就是你處於一個低壓低氧的環境當中,所以可見空氣當中的氧氣含量,對一個物種的影響有多嚴重。

那麼在那個時代,由於氧氣含量較高,動物們的新陳代謝應該也更快,動物體內的細胞充滿活力,當細胞充滿活力的時候,細胞的數量就會迅速的增長,然後為體型的增大,提供了良好的基礎。

3 : 然後就是呼吸系統,一般來說呼吸系統的效率決定了一個物種的體型,體型越大,呼吸的器官也越大,否則動物就會因為供氧不足而死亡,但是如果空氣中的氧氣含量更多,動物們就可以突破這樣的限制了,一個較小的呼吸系統也可以正常工作。

因為同樣是呼吸,進入身體當中的氧氣要比我們現在更多,那麼動物的體型就允許朝更大的方向進行進化,所以如果咱們人類也生活在那個時候,理論上我們至少可以長到兩三米高以上。

4 : 最後就是,遠古動物的體型還是自然競爭的結果,個體的體型如果越大,天敵也就越少,相對來說更容易存活下來,但是這裡有一個前提,就是環境不變,因為一旦環境變了,體型反而會成為一種壞事,其抗風險的能力太低。

例如當空氣中的含氧量出現降低的時候,它們的呼吸器官,已經沒辦法輸送足夠的氧氣,來支撐自己龐大的身體了,然後就是含氧量的減少必然是植物大規模死亡所造成的,當植物減少了之後,競爭就出現了,動物們為了食物而發生衝突,所以物種的滅絕也在情理之中。



種植恆星


很多史前巨獸的體型都非常巨大,特別是恐龍,某些植食性恐龍的身體簡直如一座山一般,科學家們發現許多體重超過100噸的恐龍化石,2-3只恐龍的身體連接起來就和足球場一樣長,人類在其面前就如同螞蟻。



現代能和這些恐龍相比的生物只存在海里,比如藍鯨的體重可以達到170噸,身長超過30米,它的頭非常大,舌頭上能站50個人,是目前世界上最大的動物。當然植物的話還有更大的。相比之下,陸地上的動物就顯得很渺小了,陸地最大的動物大象還不如剛生下來的小藍鯨的體重大。那為何史前的動物能夠長得這麼大,而現在的陸地動物卻這麼“小”呢?

在此之前,我們要弄清楚一件事,並不是體型大就代表是好的,體型只是生物的一種性狀,是環境選擇的結果,有時候體型較大的生物還不如體型較小的生物生存的容易。當然,相對來說史前生物的體型通常比現在的生物要大一些,就連蜘蛛、蜈蚣、蜻蜓之類的昆蟲身型都在一米以上。



首先,食物充足,遠古時期的的氣候溫暖溼潤,森林覆蓋率比現在高很多,植物繁多並且茂盛,植物又是生態系統的基礎,大部分植食性動物不會為食物發愁,體型自然會增長。肉食性生物也不得不隨之增長體型以捕獲更大的獵物。

其次,生物體內都含有一種生長抑制基因,可以抑制自身體型的增長,而遠古時期的生物很多都不具有這種基因,所以體型就不受控制的增大,現在的藍鯨也不具有這種基因。

再者,由於以前的植物大多是裸子植物,這類植物的營養價值不如現在的被子植物高,植食性生物必須在體內儲存更多的食物,以吸收更多的營養,這種循環就使得其體型持續增長。而現代的被子植物的營養價值非常高,植食類的生物不必再以增長體型為代價來吸收營養了。也可以這樣理解,現在的動物體型本就很小,又特別適宜現在的環境,沒有必要再做出改變來適應環境。



最後,也是最主要的原因,遠古時期的大氣含氧量很高,適宜大型生物的生存。我們知道,體型越大的生物,其運動消耗的氧氣就越高。如果史前的大型生物生活在現在,每走一步就會氣喘吁吁,就好像你站在高原上一樣,喘不過氣來。同時,現在的含氧量也限制了動物體型的增長。



這些就是為什麼很多史前生物的體型那麼大,而現在的陸地動物長不了這麼大的原因了,如果你還有其他的說法,歡迎留言。


震旦講武堂


圖為幻想中的龐然大物,據說遠古動物們之所以會長的高大,是因為大氣中氧氣含量的上升,對大型動物的進化起到了某種促進作用。

還有一種說法是動物們自身“心裡暗示”,暗示自己要長大的高大,因為在當時的進化中,體型越是巨大的越能夠生存下來。圖為巨大的海龜

據說3億年前蠍子竟有1米長,由於含氧量過高,那個什麼……靈氣……對!就是靈氣充沛,適合動物們“修煉”。圖為想象中的遠古生物。

圖為想象中的巨型生物


古劍堂刀劍


要產生比較個體大的動物,通常而言要滿足一些條件,比如說食物的豐富程度,是否擁有優良的環境因素?比如說有沒有較高的氧含量,適宜的溫度等?

在遠古時代,這些條件都滿足,因此動物出現極大化,就一點不足為奇了。而且當這些條件都滿足之後,食草動物率先巨大化之後,食肉動物以食草動物為獵物也變巨大化。

在眾多標準當中,氧氣含量一直是一個區分動物巨大化的重要標準,這條原則不僅在遠古時期滿足,即便放到現在也依然適用,尤其在南極等地區,可以看到,會產生一些比較大的物種。

當地球出現氧氣大爆發的時候,就會產生巨大的物種,比如恐龍,而後期隨著氧氣含量的巨大消耗,難以負擔起巨大化動物的生存需要,因此動物就變得小型化了!

另外氣候變遷也是一個不得不考慮的因素,眾所周知,如果氣候發生了劇烈的變化,那麼小型化的生物容易生存,而大型化的動物就易於滅亡。


幻世魔王


看了一些回帖,都提到高含氧量的作用,遺憾的是沒有提到二氧化碳含量。如果大氣和水中沒有足夠的二氧化碳含量,大批量的植物生存就成了問題。沒有足夠的植物,哪來的大量動物呢?


阿中芳1


遠古時代,地球大氣層中氧含量遠遠超出了今天的標準,而古生物學家通過化石標本得知遠古時代的昆蟲體積普遍大於現代。科學家猜測這有可能與當時的大氣含氧量有關,昆蟲是通過它們身體上的氣孔系統來“呼吸”的。氣孔連著氣管,而且由上往下又附著更多層的越來越小的氣孔,由此把氧氣送到全身。


許多節肢動物是通過遍佈它們肌體中的微型氣管直接吸收氧氣,而不是通過血液間接吸收氧氣,所以高氧氣含量能促使昆蟲向大個頭方向進化。



石炭紀地球大氣層中氧氣濃度高達35%,美國耶魯大學生物學家羅伯特·貝爾納等人發表的一項古氣候研究肯定了這個猜測。研究者在報告中指出,石炭紀時地球大氣層中氧氣的濃度高達35%,比現今的21%要高很多。

高濃度氧氣環境中,大個頭的昆蟲就有進化上的優勢,它們可以獲得更多的氧氣。對海洋中的無脊椎動物的研究也發現,在更冷和氧氣含量更高的水體中,那裡的生物體積也更大。通過對果蠅的研究發現,有的果蠅在高氧環境中體型增大,有的並沒有。但在氧氣含量高、氣壓也高的環境下,接受試驗的果蠅生活到第五代,身體尺寸增長了20%。這是因為較高的大氣壓會使氧氣更多地進入昆蟲體內。



英國普利茅斯大學海洋學與工程學院的大衛-比爾頓博士參與了這項研究,他說:“史前時期,更高水平的氧氣通過對它們的幼蟲產生影響,可能助長了巨型昆蟲的進化,很多已經滅絕的龐然大物都要經歷水棲幼蟲階段,這可能並非偶然。”該研究成果發表在《公共科學圖書館》上,比爾頓及其聯合論文作者威爾克-威爾伯克在文章中指出,水棲昆蟲幼蟲對氧氣水平的起伏波動,比在空中呼吸的陸棲成蟲更敏感。

該研究主要於石蠅,它稱,蜻蜓、石蠅和蜉蝣等水棲幼蟲直接從水裡獲得氧氣,而水體裡的氧氣遠比空氣裡的少。而且幼蟲從水裡獲取氧氣的效率也遠比在空中呼吸的成蟲更低。科學家稱,因此它們可能對可用氧氣的變化更敏感,氧氣塑造昆蟲體型大小的作用,或許對水棲幼蟲尤為重要,它決定了昆蟲身體生長的上限。


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