史前巨大的节肢动物为何落幕?

题图

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图1

最近有关于图1的真实性问题又被人们扒了出来,真相显而易见。不过这张很有意思的图片却引发了我们对于大型节肢动物为何销声匿迹的关注。那些早已衰落的数百万年前巨大的节肢动物(图2,3)和恐龙一样让人魂牵。
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(图2)

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(图3)

 目前,主流的观点是数百万年来由于大气中氧气含量的改变,大型的节肢动物随之而去,相比之下的小型个体得到了进入新时代的入场券。
之前,在内蒙古发现的巨大蜘蛛化石(图4)着实让史前蛛形纲生物火了一把。类比现存的蜘蛛进行推测,它的网也许可以织得很大,但是实际上它的个头并没有大到离谱。其实无论是在互联网时代还是在远古恐龙统治时期,蜘蛛都不会像电影《八脚怪》中描述的那样无限制生长,这主要是受到蛛形纲生物的独特呼吸系统限制(图5)。它们的进气系统和昆虫类似(气门等),这没什么大不了。多数蜘蛛有着一对和哺乳动物相近却并无联系的呼吸器官,外观呈薄膜片层状,上面布满淋巴系统间隔气袋,称为书肺或囊肺(图6)(更多信息可参阅:O网页链接)。空气从气门流入到书肺薄膜上,通过密布的血淋巴直接进行气体交换,再流进气管,由末梢将氧带入身体进行工作。这种呼吸器官注定蜘蛛不能长成汽车大小的进击的巨蛛,否则它们不是哮喘就是肺炎,最终窒息。
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(图4)

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(图5)

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(图6)

再来看看昆虫纲。和人一样,空气对于虫子们来说也是相当的重要,没有空气连小强都得嗝屁(通常杀虫剂的原理就是快速阻断呼吸过程中的重要环节)。昆虫的呼吸系统由气管系统组成,包括气门,气管,气囊和微细气管(图7,8)。呼吸方式有体壁呼吸,气管鳃呼吸,气泡气膜呼吸,气门气管呼吸等,由于种类和生存方式的不同而有相应的差异。
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(图8)

长久以来,研究者认为昆虫的呼吸方式是被动呼吸,效率比较低,只能在不同的状态下调节气门的闭合来简单控制气体流量。外界空气由于气压差等因素由气门进入,通过气管直接与体液进行代谢,维持生命的稳定。在地球早期的生态环境中,氧气含量非常高。昆虫有足够的资本不停地扩大体型(再次重申,由于几丁质外骨骼的限制,成虫是不会长得更大的)。时过境迁,随着氧的含量锐减,过大的体型意味着过长的气体交换系统。在这种状况下,低下的氧气含量已经无法支撑巨型昆虫的必要氧气供应,于是它们慢慢地退出了历史舞台。
9   (图9)

 可是之后科学家通过X光的手段介入,通过动态的展现,一切变得清晰,昆虫,至少很多种昆虫是可以主动呼吸的,它们可以自主控制大气管的收缩运动(图9)。而且同哺乳动物的肺相比,效率也不低。(利用同步辐射产生高能X光研究昆虫呼吸 O网页链接
1) Westneat, M. W. et al. Tracheal respiration in insects visualized with synchrotron X-ray imaging. Science, 299, 558 - 560, (2003).
O网页链接
这样,前面的观念似乎受到了极大的挑战。其实,就像恐龙的灭绝一样,大型昆虫的消失也有众多其他的可能。例如,最有名的史前飞行昆虫,像巨脉蜻蜓,它们都有着一个共同特点那就是有潮湿的童年,它们的幼虫都是水栖,现如今它们的子孙依旧如此。也许,在水中的生活迫使它们对氧气有更高的需求,从而受到更加强烈的生长刺激。还有昆虫都要经历换龄,都要蜕皮。在它们的外骨骼遇到空气逐渐坚硬之前,只能沦为俎上之肉任人宰割。这对捕食者的吸引力是特别大的,我们设想,也许在那些长毛的家伙繁荣的时期,大型的节肢动物遭到了过度的捕杀,最终不得不告别这个星球。
沧海桑田,大陆已不再是整体,我们登上了舞台。不可否认的是,现存的节肢动物虽然个头不大,却占据了不可替代的生态地位。它们遍布这个星球,神秘,优美,高效,同时也需要我们的保护。我们不会放弃追寻它们的祖先留下的印迹,直到真正的答案水落石出。

(文/昆虫学小鱼,原文链接:http://weibo.com/2645861077/E4uPq2Qji?from=page_1005052645861077_profile&wvr=6&mod=weibotime&type=comment#_rnd1472140302013