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论文作者:Jonathan L. Payne 期刊:PNAS 发布时间:2008-12-28 10:27:31
生物体积增长集中于两个历史时期

按照现有的生物进化理论,地球上所有现存的明升m88,无论是人类本身还是像蓝鲸这样的庞然大物,都可以追溯到大约35亿年之前最古老的一批原核生物——细菌就属于原核生物的一种。
 
然而,这些最初微小的、不起眼的生物,是怎样在漫长的历史岁月中,进化到体积如此庞大的复杂明升m88的?还有,这种“从小到大”的进化游戏,是否仍将继续?
 
在最近出版的美国《国家明升体育app院院刊》(PNAS)上,斯坦福大学的乔纳森·佩恩(Jonathan L. Payne)博士和他的同事给出了一种可能的答案:地球上生物体积的增长,实际上是在两个相对集中的历史时期完成的;而在这两次革命过程中,每次增加的最大值都高达上百万倍。
 
在美国国家进化综合中心(National Evolutionary Synthesis Center)的资助下,佩恩和其他十个研究机构的同事共同完成了此次调查。通过对大量的明升体育app文献和化石进行分析,明升体育app家们发现,明升m88体积的扩张并不是渐进的过程,而是主要集中在古远古代中期(约16亿年前)和古生代的早期(约五亿四千万年前);这两个时期的总时长,还不到整个地球明升m88历史的五分之一。
 
氧气革命
 
在明升m88发展的最初15亿年中,地球上的栖居者主要是大量的原核生物,最典型的就是细菌。原核生物是由原核细胞组成的单细胞生物,它的细胞结构比较简单,没有储存遗传物质的细胞核,处于整个进化阶梯的底部。
 
正是由于原核细胞自身的局限性,决定了它的体积不可能很大程度的扩张。不过,此时,变化的契机已经正在酝酿。
 
在距今27亿至24亿年前,一种在进化史上具有重大意义的原核生物——蓝细菌(cyan bacteria)诞生了。蓝细菌通过光合作用,能够吸收二氧化碳,并释放出氧气。
 

蓝细菌
 
在远古时期,地球上的氧气非常稀薄,大部分氧元素都被固定在其他物质中,比如水和岩石。而随着蓝细菌在远古海洋中的繁盛,越来越多的氧气被排放出来。
 
氧气的逐渐增加,使得地球变得更有活力,因为更多的氧气意味着生物可以通过氧化过程获得更多的能量。正是在这种有利条件下,约16亿年前,真核细胞出现了,真核生物登上了历史舞台。
 
真核生物虽然仍然是单细胞明升m88体,但与原核生物不同的是,在氧气的辅佐下,它已经进化出了更加复杂和完善的细胞结构。比如,真核细胞已经具有由染色体、核仁、核液等构成的细胞核,细胞内部也逐步分化出了各种机能。
 
这种细胞结构的复杂化,直接导致了生物体积的变化。在大约两亿年的时间内,真核生物从肉眼不可见的尺寸,一跃而进化成一角硬币大小。
 
事实证明,由原核细胞向真核细胞的进化,是明升m88体积第一次革命的关键。
 
“化石记录清楚地告诉我们”,佩恩博士解释说,“原核细胞不太可能发生体积上的剧变。因为即使到了今天,原核生物也还是像以前一样的微小。”
 
多细胞繁荣
 
此后,地球上的明升m88又以单细胞的形式静静地度过了十亿年。直到距今约五亿四千万年前,随着大气层中的氧气浓度又一次提高,明升m88体积的扩大才迎来了第二个春天。
 
虽然迄今为止,这次氧气含量增加的原因尚不明确,但这一现象,极有可能为大型多细胞生物的产生提供了先决条件。
 
这是因为,多细胞生物在新陈代谢的过程中,需要吸收周遭的氧气以获取能量。而这一时期氧气相对充足的环境,正好能够支持更多数量细胞的存活,从而促进了体积庞大的多细胞生物的出现。
 
此时的地球正在步入寒武纪——地质年代中古生代的第一纪。在地球生物演化史上演新的一幕时,短短数百万年时间里,包括现生动物几乎所有类群祖先在内的大量多细胞生物突然出现,这一爆发式的生物演化事件被称为“寒武纪明升m88大爆炸”(Cambrian explosion)。带壳、具骨骼的海洋无脊椎动物趋向繁荣,它们在海洋中栖息生活,以微小的海藻和有机质颗粒为食物。其中,最繁盛的是节肢动物三叶虫,故寒武纪又称为“三叶虫时代”。
 
这些种类繁多的多细胞生物,在接下来的一亿年中,逐渐进化成体积越来越惊人的个体。而其中最为庞大的一支,莫过于奥陶纪的海中霸王——巨大的头足类动物,包括鹦鹉螺、角石和菊石等。
 
奥陶纪是紧接寒武纪之后古生代的第二个纪元。在这一时期广袤的海洋里,三叶虫依然平静地生活着,然而它的霸主地位已经完全让给了大而凶猛的头足类动物:当凶猛的鹦鹉螺向它进攻时,它所能做的就是迅速把身体蜷起来,然后沉入海底。
 
古生物学家曾在奥陶纪的地层中,发现过长达11米的鹦鹉螺。在奥地利的戈纳盆地,人们也挖掘出直径超过两米的菊石,其尺寸完全可以媲美一张成年人睡的大床。
 
这些巨型的多细胞生物与真核生物相比,体积又扩大了不下百万倍。而所花费的时间,却还不到第一次体积飞跃的一半。而我们今天所看到的整个体积多变的现代生物世界,也都是这次大爆发的“遗产”。
 
还有第三次吗?
 
一个问题是:在可以预见的未来,地球上会不会出现第三次的体积飞跃呢?
 
明升官网明升体育app院古脊椎动物与古人类研究所的邓涛博士告诉《财经》记者,自有脊椎动物出现以后,生物体积的增长已经趋于平缓了。
 
当然,他补充说,从进化的规律来看,生物的体积总体上是一直在增大的,并且还将保持这一趋势。
 
这主要是由于个大的物种通常寿命较长。例如,老鼠一般只能存活一至两年,而大象的平均寿命则可以达到几十年。较长的生存时间也在客观上增加了生物的繁殖机会,从而有利于种族的延续。
 
此外,“身大力不亏”几乎是自然界的普适性原理。从生存竞争的角度看,一种生物的体型越壮硕,比它小的食肉动物就越难威胁到它的性命,这也是变得庞大的好处。
 
不过,邓涛博士也强调,生物体积的增大,同时也会产生不利的影响。因为大体积生物对于食物量的需求更大。因此,对环境变化的适应性较弱。
 
在生物史上,也不乏“逆向发展”的种族。比如说鸟类,鸟类祖先始祖鸟约有半米多长,其体型比现代鸟类要大出好几码。
 
佩恩博士也指出,尽管第三次的飞跃在理论上来说是可行的,但是就地球目前的空间和资源状况来看,或许已经没有更多的余地容纳体型更为巨大的明升m88。
 
从这个意义上来说,地球的大小已经决定了生物体积的极限。更何况,人类这个“二次革命”的遗产,还在急剧地压缩着其他物种的生存空间和资源。(来源:财经网)
 
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