论文部分内容阅读
有报道说，在动物王国，从鱼类到两栖类、爬虫类、鸟类和哺乳类，体型都在变小。譬如，北极熊是当今最大的陆生食肉动物。雄性北极熊一般体重400千克，少数能达600千克。但在最近的20年里，它们已经不再长那么大了。大的变小，小的变得更小，这一现象正引起生物学家的高度关注，因为动物体型的变化，会牵涉觅食、逃避敌害、寻找配偶等一系列行为的改变，从而影响到整个地球生物圈。那么，为什么会发生这一变化？这一趋势会持续吗？但科学家又发现，气候变暖会使一些爬行动物变大，这究竟又是为什么呢？
体型小，散热快
问题的答案涉及德国动物学家克里斯廷·伯格曼的一项发现。1847年他发现，在哺乳类和鸟类的近亲物种中，生活在较冷地区的一般体型较大。比如同样是虎，东北虎就比华南虎大。伯格曼解释，这个现象与动物的表面积和体积有关。因动物身体产热与体积成正比，而散热却只与表面积成正比，这样，动物体型越小，表面积与体积之比就越大，散热就越快，寒冷时就越不容易保持体温。生活在较暖地区的动物，需要更快地散热，所以体型需要小些，而生活在寒冷地带的动物，需要保持体温，所以体型需要大些。这后来被称为“伯格曼法则”。
伯格曼法则的一个自然推论就是：当全球气候变暖的时候，固定生活于一个地区的动物们就会倾向于长得更小。所以逐渐变暖的气候，就相当于让动物们缩小的神奇药水。
气温升高，动物变小
这一变化在苏格兰野生绵羊身上确实发生了。现在苏格兰地区冬天气候越来越暖了，导致野生绵羊的平均体型下降。
许多鸟类的身体也在缩小。例如，生态学家拿8种澳大利亚小型鸟类与博物馆里1950年前后采集的同类型标本比较，发现有4种体型下降了。这些鸟都是留鸟，不会迁徙，它们对气候变暖做出的反应是缩小体型。
不过这种变化都很小，在苏格兰野生绵羊的例子中，体型大约只缩小了0.5%。这点变化看起来微不足道，但考虑到全球气温迄今升高还不到1℃，而且野生动物还没有足够的时间对此做出反应。如果气温升高得多一些，时间跨度长一些，那会怎样呢？
要回答这一问题，我们还得求助于历史。与今天的气候变暖最相近的是5600万年前一段高温期，那时全球气温升高了5～10℃，后来才缓慢降下来（当然这个升温过程持续了数万年，而不是短短几百年）。
在这一时期，许多哺乳动物的体型都缩小了，等气温下降之后才得以恢复，甚至变得更大。比如，生活在今天美国怀俄明州盆地里的几种野马，那时的体型只有现在的猫那般大。比升温前缩小了30%，待到降温之后，体型不仅得到了复原，还比没有缩小前大了近70%。
冷血动物面临的特殊挑战
改变体型的不仅仅是温血的脊椎动物。在美国怀俄明州的同一个地区，科学家发现生活在土壤中的无脊椎动物体型也缩小了。对于冷血动物，包括无脊椎动物，更暖的气候还会带来一些特殊的挑战。
首先，当气候变暖，它们的生理机能发育会比以前快，比如性成熟就早一些，所以冷血动物会更快地进入成年。身体的生长速度跟不上生理机能的发育速度，即体型还没长大，就已经成年定型了，所以体型缩小了。
其次是新陈代谢带来的问题。冷血动物的新陈代谢速度严重依赖于环境的温度，这看起来是个优势，温度高可以让它们更加活跃，但也有重大缺陷。新陈代谢更快意味着要消耗更多的能量，它们必须吃得更多。但当天气变热，它们不得不花更多的时间躲在阴凉处，以免身体过热，花在觅食上的时间反而少了。所以，在这种情况下，体型就会变小。这可以解释为何一些两栖类和爬虫类一直在缩小。
鱼也将变小。它们面临双重困境：水温的上升将加速它们的新陈代谢，这需要更多的氧气，但在温度更高的水里，氧气的溶解度反而下降了。结果，它们不得不缩小体型来减少氧气的消耗。
气候变暖使爬行动物变大
但是一项最新研究的成果认为：更温暖的气候将造就体型更小的哺乳动物，但却会让爬行动物变得更大。在大约5500万年前气温达到顶峰时，当时的马体型缩小到今天家猫那样的大小，蛇却曾经和马一样大。科学家找到了距今6000万年前的龟类化石，其大小与一张早餐餐桌相当，他们还找到了一种名为“泰坦巨蟒”的巨型蛇类化石，其体长几乎与一辆公交车接近。蛇类、龟类以及很多其他爬行动物都需要依靠环境来调节身体温度，这些动物被称作“冷血动物”。
几乎所有的爬行动物都是冷血的——这意味着它们的体温不是固定的，而是随着外界温度的改变而改变。气温较低时它们难以获得正常生理活动所需的体能，而高温天气有利于它们获得像哺乳动物那样的体温，这样可以增强它们活动的体能。
在2亿多年前，地球大部分地区都十分炎热且湿润，从南极到北极都是热带地区，除了一些沙漠和荒漠之外，大部分地区都被热带雨林所覆盖。在这样一种情况下，爬行动物迅速繁殖且体型不断变大，恐龙开始统治地球。
动物变小比变大更容易
科学家对哺乳动物的进化进行研究的结果显示，由老鼠般大小变为大象般大小需要经历2400万代。相反的是，体型变小比变大要快速得多，从大象变为侏儒象只经历了10万代，这一速度是与侏儒象相似的体型变大为大象体型速度的十分之一。研究者总共统计了7000万年以内来自不同大洲的28类哺乳动物（包括大象、灵长类和鲸鱼）的体型大小，从而得出变小比变大要快速。
体型小，散热快
问题的答案涉及德国动物学家克里斯廷·伯格曼的一项发现。1847年他发现，在哺乳类和鸟类的近亲物种中，生活在较冷地区的一般体型较大。比如同样是虎，东北虎就比华南虎大。伯格曼解释，这个现象与动物的表面积和体积有关。因动物身体产热与体积成正比，而散热却只与表面积成正比，这样，动物体型越小，表面积与体积之比就越大，散热就越快，寒冷时就越不容易保持体温。生活在较暖地区的动物，需要更快地散热，所以体型需要小些，而生活在寒冷地带的动物，需要保持体温，所以体型需要大些。这后来被称为“伯格曼法则”。
伯格曼法则的一个自然推论就是：当全球气候变暖的时候，固定生活于一个地区的动物们就会倾向于长得更小。所以逐渐变暖的气候，就相当于让动物们缩小的神奇药水。
气温升高，动物变小
这一变化在苏格兰野生绵羊身上确实发生了。现在苏格兰地区冬天气候越来越暖了，导致野生绵羊的平均体型下降。
许多鸟类的身体也在缩小。例如，生态学家拿8种澳大利亚小型鸟类与博物馆里1950年前后采集的同类型标本比较，发现有4种体型下降了。这些鸟都是留鸟，不会迁徙，它们对气候变暖做出的反应是缩小体型。
不过这种变化都很小，在苏格兰野生绵羊的例子中，体型大约只缩小了0.5%。这点变化看起来微不足道，但考虑到全球气温迄今升高还不到1℃，而且野生动物还没有足够的时间对此做出反应。如果气温升高得多一些，时间跨度长一些，那会怎样呢？
要回答这一问题，我们还得求助于历史。与今天的气候变暖最相近的是5600万年前一段高温期，那时全球气温升高了5～10℃，后来才缓慢降下来（当然这个升温过程持续了数万年，而不是短短几百年）。
在这一时期，许多哺乳动物的体型都缩小了，等气温下降之后才得以恢复，甚至变得更大。比如，生活在今天美国怀俄明州盆地里的几种野马，那时的体型只有现在的猫那般大。比升温前缩小了30%，待到降温之后，体型不仅得到了复原，还比没有缩小前大了近70%。
冷血动物面临的特殊挑战
改变体型的不仅仅是温血的脊椎动物。在美国怀俄明州的同一个地区，科学家发现生活在土壤中的无脊椎动物体型也缩小了。对于冷血动物，包括无脊椎动物，更暖的气候还会带来一些特殊的挑战。
首先，当气候变暖，它们的生理机能发育会比以前快，比如性成熟就早一些，所以冷血动物会更快地进入成年。身体的生长速度跟不上生理机能的发育速度，即体型还没长大，就已经成年定型了，所以体型缩小了。
其次是新陈代谢带来的问题。冷血动物的新陈代谢速度严重依赖于环境的温度，这看起来是个优势，温度高可以让它们更加活跃，但也有重大缺陷。新陈代谢更快意味着要消耗更多的能量，它们必须吃得更多。但当天气变热，它们不得不花更多的时间躲在阴凉处，以免身体过热，花在觅食上的时间反而少了。所以，在这种情况下，体型就会变小。这可以解释为何一些两栖类和爬虫类一直在缩小。
鱼也将变小。它们面临双重困境：水温的上升将加速它们的新陈代谢，这需要更多的氧气，但在温度更高的水里，氧气的溶解度反而下降了。结果，它们不得不缩小体型来减少氧气的消耗。
气候变暖使爬行动物变大
但是一项最新研究的成果认为：更温暖的气候将造就体型更小的哺乳动物，但却会让爬行动物变得更大。在大约5500万年前气温达到顶峰时，当时的马体型缩小到今天家猫那样的大小，蛇却曾经和马一样大。科学家找到了距今6000万年前的龟类化石，其大小与一张早餐餐桌相当，他们还找到了一种名为“泰坦巨蟒”的巨型蛇类化石，其体长几乎与一辆公交车接近。蛇类、龟类以及很多其他爬行动物都需要依靠环境来调节身体温度，这些动物被称作“冷血动物”。
几乎所有的爬行动物都是冷血的——这意味着它们的体温不是固定的，而是随着外界温度的改变而改变。气温较低时它们难以获得正常生理活动所需的体能，而高温天气有利于它们获得像哺乳动物那样的体温，这样可以增强它们活动的体能。
在2亿多年前，地球大部分地区都十分炎热且湿润，从南极到北极都是热带地区，除了一些沙漠和荒漠之外，大部分地区都被热带雨林所覆盖。在这样一种情况下，爬行动物迅速繁殖且体型不断变大，恐龙开始统治地球。
动物变小比变大更容易
科学家对哺乳动物的进化进行研究的结果显示，由老鼠般大小变为大象般大小需要经历2400万代。相反的是，体型变小比变大要快速得多，从大象变为侏儒象只经历了10万代，这一速度是与侏儒象相似的体型变大为大象体型速度的十分之一。研究者总共统计了7000万年以内来自不同大洲的28类哺乳动物（包括大象、灵长类和鲸鱼）的体型大小，从而得出变小比变大要快速。