为什么深海的动物那么大?
▎▉为什么深海的动物那么大?
1878年,纽芬兰岛上一具巨大的海洋生物尸体被冲到了海岸上,经过专家的鉴定这是一只巨乌贼(又称大王乌贼),它的体长为18米,仅仅是头部就有6.1米,体重为900公斤,是目前有记录的最大的无脊椎动物。
到了2007年2月,一艘新西兰的渔船还深海捕鱼时,意外捕捞到了一只庞大的海洋生物,起初渔民以为是大王乌贼,不过,靠岸后,经过新西兰的海洋生物学家鉴定后发现,它并非大王乌贼,而是另一种庞大的海洋无脊椎动物-大王酸浆鱿。
经过测量和修正后,该大王酸浆鱿的体长为4.2米,体重为495公斤。不过,这并非最大的大王酸浆鱿,目前经过测量的最大的大王酸浆鱿体长为11米,是继大王乌贼后,世界上第二大的海洋无脊椎动物。
除了这两种深海无脊椎动物外,世界上最大的脊椎动物蓝鲸也生活在海洋中,它的一条舌头的重量就已经与陆地上最大的脊椎动物大象一样了,所以地球上最大的无脊椎动物和脊椎动物都在海洋中,那么问题来了,为何海洋的动物能长这么大呢?我们一起来探讨一下这个问题。
陆地动物曾经也巨大化过
我们在讨论这个问题之前,有一个前提就是:现存的动物,如果抛掉这个前提,这个问题是不成立的,因为在恐龙时代,陆地上的恐龙中大型的恐龙不在少数,草食性的恐龙有梁龙、地震龙等体长超过30米的庞然大物,肉食性恐龙有霸王龙、棘龙等体长体长平均超过12米的存在。
与当时海洋中比较大的动物,比如沧龙的体型是差不多的,而且一些巨型的草食性恐龙甚至比沧龙要大很多。
因此,我们不妨以恐龙时代为例来看一下,为何当时陆地上会有诸多大型的动物?
恐龙时代是从三叠纪晚期一直持续到白垩纪末期的一个地质阶段,这个时间大约持续了1.6亿年。在这个时期,陆地上主要的动物类群就是恐龙(鸟臀目和蜥臀目下的爬行动物)。而如今在地球上占据有利生态位的哺乳动物,在当时仅仅是像老鼠一般大的食虫类动物,可以说是夹缝中求生存的。(下图为最早的哺乳动物吴氏巨颅兽)
恐龙之所以压制了哺乳动物的发展,有一个很重要的因素:登场时间。吴氏巨颅兽是目前已知的最早的哺乳动物,它们出现的时间大约在距今1.95亿-2亿年前,但是,最早的恐龙始盗龙可是在距今约2.3亿年前就已经出现在了地球上。
这代表着恐龙比哺乳动物至少早演化出来了约3000万年,在如此长的时间里哺乳动物登场时,恐龙已经开枝散叶,所以,最终它们成为了接下来相当长的一段时间内的“霸主”。
那么,这与恐龙的体型又有什么关系呢?由于恐龙的登场是在三叠纪的灭绝事件之后,它们一登场面对的是几乎没有竞争的大自然,这样有利于它们快速的演化和开枝散叶,毕竟生态位的空缺,有利于动物的生存。
但是,随着恐龙的种类和数量越来越多,竞争就开始激烈了。此时,恐龙们开始想着不同方向进化,其中必然会有体型变大的恐龙,因为从目前的恐龙化石挖掘情况来看,大多数的大型恐龙来自于高纬度地区,而根据贝格曼法则:同一物种在越高的纬度体型就会越大。(大型动物由于具有小的体表面积与体积之比,在体温调节中比小型动物消耗的能量少,比如同样是熊热带的熊要比寒带的熊体型小很多)
除了纬度会决定动物的体型外,动物的进化方向也是无序的,而体型变化是大多数动物会出现的一个基因突变,那么这个基因突变是如何被自然选择给保留下来的呢?答案也很简单,在竞争中,偏向于体型越大,越有竞争性,这就是“越吃越大、越大越有利”。
因此,恐龙时代,陆地上的大型动物并不比海洋中少,甚至当时陆地上最大的动物要比海洋中的动物还要大(当时还没有蓝鲸呢)。
为何如今的陆地动物远不如海洋中的大?
我们在开头也说了,如今无论是脊椎动物还是无脊椎动物,都是海洋中的更大,这又是什么原因导致的呢?我们从下面两个角度来分析一下:
第一:竞争
由于如今无论是陆地上还是海洋中,最大的动物均为哺乳动物,所以我们就从哺乳动物的竞争聊一下这个问题。哺乳动物由于比恐龙晚出现,所以一直被恐龙压制着,这种压制虽然憋屈,但是也正是因为压制,让哺乳动物在整个恐龙时代体型都没有太大变化,所以在遭遇了白垩纪末期的灭绝事件时,体型更小的哺乳动物才躲过了一劫。
当恐龙灭绝后,地球上的生态位再一次大面积的空缺,这给了哺乳动物发育的机会。但是,体型的增加不是一朝一夕可以完成的,而与哺乳动物同时发育,甚至是超前发育的是鸟类,比如恐鸟、爬行类,比如泰坦巨蟒,这就给了哺乳动物很大的竞争性,不像恐龙时期,它们可以肆意的演化,有足够的空间和食物。
而海洋中就不同了,由于陨石撞击,火山喷发、海啸等因素,海洋中有约75%的物种灭绝了,此时,鲸类的祖先从陆地上下水了,这一下水不要紧,水中的资源丰富,让它们流连忘返,逐渐的从四肢行走的巴基斯坦古鲸,到了如今种类接近100种的鲸目。
再加上在地球上,海洋的面积本身就是陆地的接近2.5倍,所以它们就像当初的恐龙一样,进入了一个竞争性小、食物丰富的环境中,像恐龙那样逐渐的出现大型的种类就不意外了。
02 不同的生存空间对大型动物的包容性
其实,海洋无脊椎动物比陆地无脊椎动物大,有很大的原因与上面一样,都是食物的密度和竞争性决定的。但是,对于大型动物来说,生存空间对它们的包容性也非常的重要。
我们以无脊椎动物为例,在演化上,无脊椎动物显然比脊椎动物要早的多,但是没有骨骼作为支撑,却成为了限制它们体型的重大因素,因为无脊椎动物要么干脆没有骨骼,要么是外骨骼,相比较而言,外骨骼的承重性比较差,所以当物种过大时,在陆地上它们自己就被压垮了。
但是,在海洋中就不同了,虽然海水有压强,而且水深越深,压强越大,但是,它们可以通过让体液浓度与外界浓度接近,以此来减小压强。最关键的是海中的空间度和摩擦力较小。首先,在海中非常的广阔的,没有什么阻碍的,这不像陆地上那样高低不平,还有一些岩石之类的,这会妨碍大型动物的移动,所以,陆地的大型动物大都生活在平原地带。
其次,动物想要在陆地上走,体型越大,与地面的摩擦力就越大,所以大型动物基本上都是硬蹄或者非常粗糙的脚底板。尽管这样,四肢的承重能力也限制它们的体型继续变大。
而在海中就没有这个困扰了,只要能游动,海水的摩擦力对身体的损耗几乎是可以忽略不计的,而且海水的浮力让它们变大的极限更不受约束了。
总结
如今的动物,确实是海洋中的更大,这是因为海洋比陆地面积要大,竞争的激烈程度也要差一些,还有海洋中的食物量要比陆地更多,也给了动物长大足够的能量,最关键的是大海几乎不会对动物设限(比如承重能力、耐磨能力等等),最终使得海洋中的动物要比陆地上更大一些。
▎❏为什么深海的动物那么大?
深海巨“兽”(严格说不算兽,因为它们大多是无脊椎动物)。
深海巨型生物,主要是无脊椎动物在深海的生长趋势。深海中的动物,通常都比它们那些生活在上层浅水水域的近亲大,甚至大得多。先让我们看看,人类在深海找到过哪些惊人的巨大动物吧,注意这里没有传闻,全是真实的动物。
图示:海洋生物学家正在检查,在挪威的海滩上被冲上岸的一头长达9米巨型鱿鱼(这是已知的第二大头足类动物)。
图示:美国三栖突击队,海豹突击队给记者展示一条长达7米的皇带鱼,这是在加州的深海捕获的。
巨枪乌贼(Mesonychoteuthis hamiltoni)
研究人员认为巨枪乌贼可以长到14米长,体重可达750公斤,它们和抹香鲸之间是互相捕食的关系。
巨型管蠕虫(Riftia pachyptila)
1977年,海洋生物学家在加拉帕戈斯群岛外发现了海底黑烟囱(海底火山的热液喷口)。今天我们知道,这些热液喷口创造了全新的生态系统,在这里普遍生长着如巨型管蠕虫这样的生物。这些蠕虫的长度可以长到2.4米,其管状体的直径达到4厘米。
日本蜘蛛蟹(Macrocheira kaempferi)
成年日本蜘蛛蟹可以生活在海下6000米的深处,而它们的尺寸巨大,从爪到爪可达12米长,体重约20公斤。
大王具足虫(Bathynomus giganteus)
在大西洋,太平洋和北极大洋的寒冷深水中,大王具足虫极其常见。巨型等足类生物是深海巨大动物的很好范例。一般来说,这些巨型物种的最大重量和长度分别可达约1.7公斤重和76厘米长。
为什么深海动物比它们的浅海近亲大那么多?
你或许认为,深海巨大的压力会让动物变小,而不是变大,但水压其实不算大问题,因为这些巨型生物的身体大多由水构成,而水的可压缩性不大。
生物学家仍然不确定为什么这些深海生物会长到如此巨大的尺寸,但他们有一些很好的假说对此进行初步解释。有两条生命世界中的一般性规则,似乎决定了动物体型的大小趋势:克莱伯定律(Kleiber's law)和伯格曼法则(Bergmann's rule)。
克莱伯定律指出,更大的动物通常效率也更高。例如,一只猫的质量是老鼠的100倍,但其新陈代谢的量仅仅是老鼠的32倍。克莱伯定律是动物循环系统的物理学和几何学的结果,从细菌到大象都遵从该定律。而海洋深处的动物主要依靠从海面上掉下来的食物生活,鉴于食物稀少,它们反倒需要长得更大,以提高效率。当然所谓需要,是指自然选择亲睐更大的深海动物,而不利于小体型动物。
伯格曼法则对于解释昆虫和温血动物的身体尺寸有一定价值,通常越冷的地方温血动物体积越大,因为体积越大越容易保持体温,这和体积与身体表面积之比有关。这就是瘦子恒瘦胖子恒胖的原因,瘦子比胖子需要更多的能量保持体温,他们代谢更快因此更难长胖,而即便排除胖子的脂肪本身就更加保温的缘故,胖子也只需要更低的代谢速度就能保持体温,所以他们因为胖反倒可以吃得少^_^。要知道对于温血动物来说,保持体温是件高耗能的事情,能够在这上面有所节约,对于生活在寒冷地区的动物来说,就拥有了很大的生存优势,它们可以吃得更少。但深海虽然温度也低,但这些无脊椎动物都不是温血的,要将伯格曼法则用来解释深海动物,大概还需要生物学家更多努力。
▎❥为什么深海的动物那么大?
深海巨人症:当动物生活在海洋深处时,它们会变得异常大。巨型鱿鱼是深海巨人症的一个显著例子,在浅水区拥有较小同类的其他一些物种在深海变得异常巨大。考虑到海洋最深处的大部分仍未被探索,一些科学家预计随着他们将海洋探索扩展到世界各地,会发现更多的巨型生物在深海巡航。
除了鱿鱼,海洋深处还栖息着巨大的等足动物、巨大的螃蟹、甲壳类、软体动物类、巨大的管状蠕虫和畸形大小的鱼类。
似乎特别容易出现这种情况。一些生活在深海中的动物是世界上最大的生物之一,它们已经发展了许多适应能力,使它们能够在海底恶劣的环境中生存。你越深入海洋,压力就越大。生活在极其深水中的动物必须有能够承受巨大压力的身体,而且它们还需要应对寒冷,因为海底极其寒冷。此外,海洋深处漆黑一片,导致许多深海动物发展出生物发光能力,并具有高度精细的感官,从而能够感知潜在的猎物和捕食者。
深海巨人症的原因还不太清楚。体型大确实带来了一些优势,比如更强的调节体温的能力,不需要经常移动,但是体型大的动物也需要更长的时间才能发育。深海巨人症可能反映了海底附近生活节奏缓慢,动物需要几十年才能成熟。这些巨人也能活很长时间,而且他们性成熟较晚,减缓了物种繁殖的整体速度。如果人类学会如何开发海洋深处,许多深海巨人可能会遇到麻烦,因为他们可能无法足够快地适应。
不管是巨人还是正常大小的动物先出现,深海巨人症代表了一些最古老的生物,因为地球上所有的生命都起源于海洋。其中一些巨型动物的生活方式与地表生物明显不同。例如,巨型管状蠕虫利用热液喷口的能量而不是太阳的能量进行能量化学合成。
在南极洲的冰层下发现了许多巨大的深海生物。例如,机器人潜航器的调查发现了巨大的海蜘蛛和巨大的水母,有些水母的触须超过100英尺!我认为在北极和南极地区将会有许多关于巨人症的令人兴奋的发现,那里的冰水可以更好地保护藏在海底的物种。我毫不怀疑,对深海的持续研究,特别是在世界的极端地区,将会出现许多更令人兴奋和以前无法想象的标本。
▎✤为什么深海的动物那么大?
虽然这个问题比较早了,但我还是决定要回答一下。为什么深海的动物那么大?这个问题问得莫名其妙,因为深海动物根本就不大,现有的科学发现是从海面越往下动物体型总的来说就越小,而且从深海恶劣环境、生态系统的营养等角度分析,深海也不可能有什么太大的动物。所有的回答竟然没有一个指出来吗?
一望无际的大洋
深海的定义
海洋垂直方向分四层,分别是:
上层:海面200米以内;
中层:海面以下水深200-1000米;
深层:水深1000-4000米;
深渊层:水深4000-6000米;
超深渊层:水深6000米以下。
大陆架水深通常在200米以内,只有上层;大陆坡部分有两到三层;深渊层通常就是深海平原;而最底下的超深渊层只有海沟部分才有。
深海的环境
深海的环境非常恶劣,主要表现在以下几个方面:
一是黑暗。只有海洋上层的光线才能供植物进行光合作用,因此上层又叫光合作用层。中层的光线就不足以进行光合作用了,深层及以下完全没有光。没有光合作用,生态系统就从最底层的生产者断了。中层及以下,深海生态系统的能量来源有二:一是少量自养细菌利用海底火山的化学物质合成有机物;二是海洋生物泵将上层的能量源源不断运往深海。
海洋生物泵,主要形式是“海雪”。海雪是浮游生物和生物分解残渣、粪便团粒等悬浮颗粒相互碰撞形成的絮状有机物,形成于上层,一直沉降到海底,在海中飘飘扬扬像极了雪花,因此而得名。深海尤其是深渊层、超深渊层的动物,主要食物就是海雪。上层光合作用产生的有机物绝大多数都在上层被消费和分解了,轮到中层的不过20%,到深层的才5%,到深渊层、超深渊层可能还不到1%。很显然,仅靠海雪这点能量养不过多大的东西,这就是深海没有巨型动物的根本原因。
北冰洋深海的海雪
二是高压。水面和大气中的压强是一样的,就是一个大气压,为0.1MPa。水面下每100米增加一个大气压,1000米深处就是10个大气压,4000米的深海就是40个大气压,万米的海沟就是100个大气压。如果把陆地或海洋表层的动物不加任何防护运到海底,这样的压力能直接把动物压死。
三是低温。海洋表层100米内温度受气温影响比较大,我们称之为温跃层。100米以下到1500米,随着水深增加,水温快速下降到4℃左右。1500米以下直至万米海沟,水温就基本不再变化了,一年到头都是1-4℃左右。这么低的温度只适合一些低代谢率的动物长期生存。
深海都有哪些居民?
绝大多数动物都生活在海洋上层。中层由于营养缺乏,动物无论是数量和种类都比上层少得多,主要种类包括褶胸鱼科、灯笼鱼科、头足类和甲壳类动物,体长通常只有几厘米到十几厘米。
不到60厘米的褶胸鱼
深层的动物就更少了,鱼类较常见的有小型钻光鱼、鮟鱇鱼、蝰鱼和尖牙鱼,体型大约在10厘米左右,超过25厘米的很罕见。中层的鱼类尚能进行长距离追捕和迁徙,而深层的鱼类为适应贫瘠的环境肌肉都已经退化,只适合悬浮在水中等待猎物主动送上门,代谢极为缓慢。
约氏黑角鮟鱇,长得相当奇葩
深层的鱼类可以吃的太少了,因此它们必须吞掉能遇到的任何东西,哪怕对方比自己还大,有一些种类为此进化出了超强的吞噬能力。栖息深度为700-2800米的黑叉齿龙䲢将吞噬大法修炼到了极致,有只不到20厘米长的黑叉齿龙䲢居然吞下了80多厘米长的黑刃魣蛇鲭,猎物足有它四倍多长。
吞噬大师黑叉齿龙䲢撑破了自己肚子
常驻深海层的动物中,体长有一米的吞噬鳗算得上很大了,它那巨嘴的颌骨构造非常松垮,可以张到很大,加上胃具有很强的伸缩性,使它足以比自己更大的受害者。
吞噬鳗的大嘴很夸张
到了深渊层,食物已经匮乏到吞噬大法都没有用武之地了。在深海平原,底栖的清道夫是主流,包括海胆、海参、小型鱼类、多毛蠕虫、双壳贝类和甲壳类等,它们主要以上层沉降的海雪为食。
深海平原的海参
超深渊层通常只存在于海沟中,这种特殊生境在全球都不多见,但还是有些鱼类在这里艰难求生。记录到潜得最深的鱼类是体长可达16.5厘米的神女底鼬鳚,捕获于8400米深的水域。与之相当的是体长可达23.8厘米钝口拟狮子鱼,科学家曾在海面下8200米处拍摄到它的身影。
水下7400米的拟狮子鱼,非常可爱
一些无脊椎动物包括某些海参、端足类可以栖息于更深的水域,如体长5厘米的短脚双眼钩虾,就生活在马里亚纳海沟的最深处,有11000多米。这种钩虾能消化埋在海底深处的木屑,这是它能够在如此恶劣的环境中生存的原因之一。
生活在马里亚纳海沟的短脚双眼钩虾
深海的大型动物
绝大多数大型动物集中在环境适宜的上层,包括现存最大的动物蓝鲸,最大的鱼类鲸鲨,最大的掠食性鱼类大白鲨,等等。
中层距上层比较近,动物垂直迁徙比较频繁,不少动物晚上到上层觅食,白天再回到深水躲避掠食者。因此这个水层大动物还是比较多见的,最长的硬骨鱼——8米的皇带鱼,最重的硬骨鱼——2.3吨的翻车鱼,就在上层中层都有分布。
这条皇带鱼有7米长
一些远洋掠食者包括鲨鱼、鲸豚有时会下潜数百米前往中层水域觅食头足类和鱼,柯氏喙鲸、抹香鲸等深潜型鲸类更是频繁进入中层觅食,它们有时也进入深层,但频率不高。深海的头足类移动很缓慢,对抹香鲸来说是唾手可得的猎物。抹香鲸的潜水记录是2200多米,喙鲸是2900多米,3000米以下就没有任何鲸类了。
哺乳动物的潜水冠军:柯氏喙鲸
大型鲨鱼能潜得更深,如6米的灰六鳃鲨和三种睡鲨,可潜水至深达2000-2500米的海域,是深海中真正的巨无霸。比灰六鳃鲨潜水能力更强的鲨鱼也有几种,但体型都不大,如体长达半米的的巴西达摩鲨可至3500米深的地方。唯一能进入深渊层(4000米以下)的鲨鱼是一种名为棘鳞乌鲨的小型鲨鱼,体长75厘米,潜水记录4500米,是浅的最深的软骨鱼。
格陵兰睡鲨可深潜至2200米
两种巨鱿——长达14米、重达275公斤的大王鱿和更为粗壮、可达半吨的南极中爪鱿,在中层和深层都有分布。两种巨鱿可能是我们熟知的大型动物中仅有的不见于表层只见于深海的动物,但它们主要分布2000米以上,都还没够到深渊层,离很多人想象的万米深海还差得远哩。
最大的头足类:南极中爪鱿
在深渊层半米长的东西就是巨物了,到超深渊的海沟只有些小鱼小虾,8500米以下就没有任何鱼类了,万米的海沟中5厘米的小钩虾就算得上小巨无霸。这些小动物结构和习性极具特色,很有研究价值,这与一些人想象的未知巨型动物还是有较大距离。
总 结
广袤的大洋和万米的海沟容易激起人们的无限遐想,受电影《巨齿鲨》和一些海怪小说的影响,很多人一口咬定深海中有大家伙。然而想象是想象,科学是科学,事实证明那些最大的动物几乎都在表层。科学家不但未在深海发现任何大型动物存在的痕迹,而且证实了深海恶劣环境根本不适合大型动物生存。深海藏匿有未知巨型生物的谣言可以休矣!
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▎❧为什么深海的动物那么大?
动物的大小与以下几个因素有关:
一,基因 基因是控制一切生物性状的根本因素,基因决定了生物的结构,体型,习性,种类以及分布范围。
二,环境范围 地球上七分海洋,三分陆地,因而海洋里最大的动物蓝鲸比陆地上最大的动物大象要大的多。恐龙出现于三叠纪,繁盛于侏罗纪,灭绝于白垩纪。恐龙比它早和比它晚的动物都有庞大,原因在于三叠纪全球大陆拼在了一起,形成了联合古陆,为恐龙进化得高大提供了条件。
三,气温 气温越低,动物为了抵御严寒,长得越高大,其表面积与体积的比值越小,因而散热越慢,越容易存活下来。
四,生物量 众所周知,赤道地区的单位面积的生物量比北极南极大许多倍,因而赤道地区更有生存大型动物的物质条件。如大象分布在热带地区,热带雨林的树木普遍高大。中国河南地区在古代也是有大象的,不然曹冲怎么称的象。后来由于气候变得干冷,大象只能分布在东南亚地区。而一般情况下,越往赤道地区,生物量越大,动物越高大越繁盛。
因此,可以说海洋生物普遍比陆地要大。但是海洋生物的大小与深度没有必然关系,只能说越往深处动物越少,深海也有很多个头小的鱼类。
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