巨型远古昆虫体型巨大的原因
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发布时间：2024-09-07 07:48
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时间：2024-11-06 20:08
史前巨型动物灭绝之谜一直是科学家关注的重点，最新研究揭示数百万年前巨型飞行昆虫的出现与衰落，可能与它们幼虫在水中呼吸时能获得的氧气数量有关。石炭纪不仅是巨型昆虫的时代，也是昆虫在天空中开拓的时代，直至今日，昆虫仍然是唯一具有飞行能力的节肢动物。虽然某些科学家推测这些巨型昆虫可能具备飞行能力，但化石证据尚未得到证实。普遍公认的最早出现飞行能力的昆虫被认为是在3.2亿年前，不考虑前面提到的未发现翅膀的“可能有飞行能力”的古老昆虫，目前被公认的最早飞行的是蜻蜓。
长期以来，科学家们都猜测大气中氧气含量的变化可能对巨型昆虫的兴衰起到了关键作用。古生物学家开始探索远古巨型昆虫，如与老鹰相当大小的古蜻蜓、蟑螂等超型昆虫的兴衰是否与极高氧气含量有关。
参与这项研究的普利茅斯大学海洋学与工程学院的博士大卫-比尔顿指出，史前时期更高水平的氧气可能通过影响幼虫，促进了巨型昆虫的进化。许多已经灭绝的庞然大物在进化过程中经历了水栖幼虫阶段，这并非偶然。该研究成果发表在《公共科学图书馆》上，比尔顿及其合作者威尔克-威尔伯克在文章中指出，水栖昆虫幼虫对氧气水平的波动比空中呼吸的陆栖成虫更为敏感。
尽管以前科学家也曾提出氧气水平与巨型昆虫之间的联系，但并没有提供可以证明二者联系的确凿证据。该研究主要着眼于石蝇，它称蜻蜓、石蝇和蜉蝣等水栖幼虫直接从水里获得氧气，而水体中的氧气远少于空气。幼虫从水里获取氧气的效率也远低于空中呼吸的成虫。科学家认为，因此它们可能对可用氧气的变化更为敏感，氧气塑造昆虫体型大小的作用，对水栖幼虫尤为重要，它决定了昆虫身体生长的上限。
巨型昆虫是科幻故事中的一个特色，以巨型蜻蜓为特色的迈克尔-克瑞奇顿的小说《侏罗纪公园》产生了数百万美元的票房收入。科学家认为，记录显示翼展长达75厘米的巨型昆虫生活在大约3.54亿到2.9亿年前的石炭纪时期。威尔伯克说，了解生活在过去的巨型昆虫的尝试，主要是通过观察（化石）陆栖成虫来实现。而他们的工作表明，通过幼虫解决史前巨人症的问题，或许有助于更好地了解氧气是如何*昆虫身体大小的。
远古时代，地球大气层中氧气含量远远超出今日，而古生物学家通过化石标本得知远古昆虫体积普遍大于现代。为什么古代昆虫会如此巨大？科学家猜测这可能与当时大气含氧量有关。昆虫是通过遍布肌体的微型气管直接吸收氧气，因此高氧气含量能促进昆虫向大体型方向进化。认识来源于对远古大蜻蜓飞行机制的研究。科学家们长期认为，那样巨大的蜻蜓只能滑翔而不可能飞行，但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双翅来上升和前进。化石资料表明，古蜻蜓的翅膀上有类似现代蜻蜓的褶皱结构，可以缓缓地扭动全部翅膀，因此它们也许不会飞得太快，但还是能飞行。
然而，那么巨大的昆虫，就算是缓慢飞行也会因肌肉运动产生大量热量。因此，古代蜻蜓一定得有排出自身热量的途径，否则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，现代蜻蜓和其他昆虫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。当它们太热时，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，就像汽车冷却系统带走发动机热量一样。
尽管没有直接证据，梅认为古代蜻蜓可能也有类似的机制，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。
然而，一些科学家对氧气含量与昆虫体型大小的关系持怀疑态度。亚利桑那大学昆虫研究员乔恩·哈里森及其同事在不同含氧量环境中喂养了蝗虫、米虫、果蝇等昆虫，并对它们的大小进行测量，以解答远古地球高氧大气是否与古代巨型昆虫进化有关。哈里森他们起初认为个体较大的昆虫在含氧量较低的环境中生存更困难，但结果并非如此。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。
哈里森表示，在初步实验中，他们将与祖先一样没有呼吸器的现代昆虫放在富氧环境中，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没必然产生较小的个体。哈里森解释说，昆虫通过各种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。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，因此它们对所研究的问题有不同的答案。
此外，科学家们通过研究昆虫体型大小是否与气压高低有关。哈里森说，他们想问的是现代昆虫个体为何都如此小？过去，研究人员猜想，与现今大气含氧量为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，体型与氧气含量也许并没有必然联系。
科学家们还研究了气压的高低是否与昆虫大小有关。耶鲁大学古生物研究生约翰·凡登·布鲁克斯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。
这些实验结果的不一致性让人对先前猜想产生疑问：氧气是否真的造就了古代巨型昆虫？远古时代巨型昆虫的灭亡是否真是大气中氧气浓度减小导致的？对这些问题的回答看来还得有更加充分的证据才行。
扩展资料
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。最有特点的两种昆虫是巨脉蜻蜓 Meganeura，及远古蜈蚣虫。巨型蜻蜓的翼展可以达到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。
