为什么昆虫体型都很小,限制它们体型的原因是什么?
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发布时间：2022-04-29 01:45
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时间：2022-06-27 21:45
鲸是有史以来最大的生物之一。比如，蓝鲸在海洋中的“霸主”地位几乎无可动摇。蓝鲸体长可达30米，体重甚至能超过100吨，是目前地球上已知现存的最大动物。即使放在地球历史的时间尺度上，蓝鲸的体型很有可能也是顶级的。有科学家表示，恐龙的体长或许有可能超过蓝鲸，但它们的体重绝不会那么大。我们生活在名副其实的“海洋巨兽”的时代。
究竟是什么因素让这种动物长成了这样的庞然大物？拥有如此庞大的身体，它们的生活节奏是怎样的？不同种类的鲸在体型上也存在很大差异，又有哪些因素会*它们的体型？而更深一层的问题就是——地球上生命的体型极限究竟在哪里？
○ 座头鲸与科学家在南极的一次相遇。| 图片来源：Goldbogen Laboratory, Stanford University / Duke University Marine Robotics and Remote Sensing under CC BY-ND
诚然，生物通过体型变得更大确实能获得不少好处，比如很难被更小的生物吃掉，可以更高效地在更大范围内活动。但或许令人感到困惑的是，这种有史以来最大的生物，却以只有几厘米长的磷虾和小鱼为食。不过一项最新的研究表明，这些迷你动物大餐，或许就是鲸在进化过程中体型迅速增长的关键。
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虽然鲸在地球上已经存在了大约5000万年，但它们是在过去的500万年内才进化出如此巨大的体型的。最早出现的鲸是长着四肢的，它们看起来像大狗，有一部分时间生活在陆地上。慈母鲸（Maiacetus）就是一种古老的鲸，代表着陆上哺乳动物从重新回到海洋的过渡。这些古鲸的后代大约花了1000万年才进化出一种完全水生的生活方式，而大约又过了3500万年，才成了真正的海洋巨兽。
○ 慈母鲸化石。| 图片来源：Ghedoghedo/Wikicommons under CC BY-SA
大约4000万年前，鲸完全变成水生生物后，成功在海洋中生存下来的有两类，包括须鲸和齿鲸。须鲸通过口部的鲸须滤食海水中的浮游生物和其他动物，而齿鲸利用回声定位来捕食猎物。
当鲸沿着这两条路径进化时，一种叫做上升流的过程在它们周围的水域不断加剧。当强风将表层海水推离海岸，更寒冷的、营养丰富的深层海水涌向表面，就会出现上升流现象。这种现象会刺激大量浮游生物繁殖。
不断加剧的上升流为须鲸的猎物创造了合适的生长条件，磷虾和鱼类会集中在海岸线。以这些猎物为食的鲸可以高效地觅食，从而使它们长得更大。化石记录显示，各分支的须鲸在同一时期变得巨大，也支持了这一观点。
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鲸能长多大有上限吗？我们或许可以利用动物能量学来解决这个问题。动物能量学研究的是生物如何有效地摄入猎物，并将后者所含的能量转化为自身质量。
从能量角度而言，体型变大可以简化为一道简单的“数学题”。如果生物所获得的能量比它所花费的更多，它就会长大。这看起来很直观，但是若要从海洋中自由生活的鲸身上收集数据来证明这一点，则成了一个巨大的挑战。
○ 加利福尼亚海岸附近被标记的蓝鲸。| 图片来源：Duke Marine Robotics & Remote Sensing under CC BY-ND
要确定每个物种的能量效率，就是要计算出一个物种在寻找和进食猎物时所消耗的能量与它们因觅食而获得的能量总量之比。为了收集信息，国际科学家团队在鲸身上贴上了高分辨率的标签，用以追踪它们的方位和运动。他们测量了鲸在海中进食的频率、潜入的深度以及在深海停留的时间。他们累计进行了长达数万小时的海上实地调查，对11个物种的300头齿鲸和须鲸进行了标记，从只有一米多的鼠海豚，到庞然大物蓝鲸，从南极到北极，记录了它们超过50000次的进食行为。
新的研究发现，通过“冲刺进食”（lunge-feeding）的须鲸，会大口大口地吞没成群的磷虾或鱼类，从而高效地获得了最大的能量。随着这些鲸的体型增大，它们的每一次猛冲都会消耗更多能量，但更急剧增加的是它们的吞咽量。这意味着，须鲸的体型越大，它们的能量效率就越高。科学家推测，须鲸体型的上限可能取决于其猎物的范围、密度和季节持续性。
而大型的齿鲸，比如抹香鲸，偶尔以大型猎物为食，甚至包括传说中的巨型乌贼。但海洋中的巨型乌贼只有那么多，这类猎物很难被发现并捕获。因此更常见的情况是，大型齿鲸会捕食中等大小的乌贼，毕竟这类乌贼在深海中的数量要多得多。
但由于缺乏足够大的猎物，齿鲸的能量效率随着体型的增大而降低，这与须鲸的模式恰好相反。科学家因此认为，由于缺乏巨型乌贼这类大型的猎物，生态约束阻止了齿鲸体型的进化，抹香鲸就是目前齿鲸体型的极限。
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然而仍有许多问题悬而未决。例如，由于鲸在其进化史上发展得相对较晚，它们将来会进化得更大吗？或许数百万年后，地球上会出现比蓝鲸更大的生物？
这是有可能的。虽然可能还会有其他生理或生物力学因素*着它们的适应性。例如，最近一项测量蓝鲸心率的研究表明，即使在日常觅食行为中，蓝鲸的心率也可能已经*近其最大值，这也许暗示着这种动物的生理极限。当然，这只是对蓝鲸心率的首次测量，后续还需要进行更多研究来确认。
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时间：2022-06-27 21:45
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时间：2022-06-27 21:46
