把现存的蜻蜓物种放到氧气含量更高的空间里面培养一段时间,蜻蜓的体型确实会变大,但一般只能变大15%左右,想要达到2亿年前的巨脉蜻蜓那样的体型可能性还是非常低的。
首先我们需要清楚,现存的蜻蜓和2亿年前的巨型蜻蜓之间的体型差距到底有多大?
在2-3亿年前,地球上出现了有史以来体型最大的蜻蜓——巨脉蜻蜓。从外观上看,巨脉蜻蜓很像现存蜻蜓的加大版,双翅展开能达到65~75公分那么长,是地球上曾出现过的最大飞翔类昆虫。虽然体型庞大,但是巨脉蜻蜓并不是很重,估计重量在34~240克的范围内。
▲▲巨脉蜻蜓的模式图及其与人类体型的对比
巨脉蜻蜓的化石首次被发现是在1880年。随后在1979年,英国的德比郡又发现了另外一个保存更加完整的巨脉蜻蜓化石标本,目前被安放在巴黎的自然历史国家博物馆。
▲巨脉蜻蜓的完整化石
主流观点认为,石炭纪时期的昆虫之所以能长这么大,最重要一个影响因素就是氧气的含量和大气的密度。
一般来说,体型越大的物种表面积与体积的比值越低,对氧气的消耗量越大,通过气管扩散氧气的方式会限制史前昆虫的体型——但史前大气中的氧气含量高达30%~35%,巨型昆虫很有可能因此突破了这种限制。
与巨脉蜻蜓同一时期的昆虫体型也很大,比如远古蜈蚣虫能长到2.6米那么长,生活在2亿多年前的广翅深海蝎体长也能达到2.4米,性情非常凶猛,在当时是非常狠的顶级掠食者。
说完了已经消失的史前巨型昆虫,再说说现存昆虫里面的“佼佼者”。
地球上现存最大的昆虫有不同的类群,最大的甲虫是生活在南美洲亚马逊热带雨林的泰坦甲虫,成年的泰坦甲虫体长可达16.7公分,如果算上触角的话能估计有21公分。泰坦甲虫有坚硬的外骨骼和强壮的下颚,咬合力相当惊人。
▲▲泰坦甲虫
世界现存最长的昆虫是竹节虫,最大的能长到62.4公分(全长)。竹节虫的生存策略是伪装,通常栖息在树枝或竹林里,不仔细观察的话很难发现,对人类没有威胁。
▲▲竹节虫
而现存最大的蜻蜓名为蛇蜻蜓,翼展超过20公分,主要分布在南非、美洲以及亚洲。蛇蜻蜓虽然长着以一对颇具威胁性的大鳄,但实际上对人类并没有威胁,主要还是以蚊虫为食。
▲▲蛇蜻蜓
由此可见,远古的巨型昆虫和现存的昆虫之间至少相差一个量级。虽然科学实验表明,在高氧环境下现存昆虫的体型确实能增大,但一般只增大15%左右,想要达到史前昆虫那样的体型还是有相当大的难度的。
科学试验:高氧环境下培养出的巨型蜻蜓
2010年11月1日,美国地质协会的研究人员在科罗拉多州丹佛市上的年会上指出——生物学家通过模拟3亿年前的地球氧气状况,在实验室中从头至尾培养昆虫,结果成功培育出了比正常蜻蜓大15%的巨型蜻蜓。
为了探索氧气含量对昆虫体型的影响,研究人员在三个不同的氧气浓度下培养了11种昆虫,其中就包括甲虫、蟑螂、蜻蜓。
研究人员发现,并不是所有昆虫的体型都会随着氧气含量的升高而变大。在高氧环境下,蜻蜓和甲虫的生长速度更快,体型也更大,而蟑螂的生长速度却变慢,并且体型上基本没有变化。在氧气浓度低的情况下,有两种昆虫的生长没有出现异常,其余所有昆虫的体型都比常规体型更小。
这里再顺便说一句,饲养蜻蜓的整个过程其实并不是想象中的那么容易。众所周知,蜻蜓在幼虫期是在水下生活的,会摄食蠕虫、甲壳类等各种水生昆虫,等体型更大一些的时候,还会摄食孔雀鱼等小型鱼类。
▲▲蜻蜓幼虫——水虿成功捕食了一小鱼
在整个实验过程中,225只蜻蜓被分别饲养在三个栖息环境下,即每个生境中有75只蜻蜓。在将近半年的时间里,研究人员每天都要用大量的蠕虫和孔雀鱼来喂养这些“胃口奇大”的蜻蜓。
当这些蜻蜓变成成虫后,研究人员测量了它们的呼吸管的体积,结果发现——高浓度的氧气环境会降低气管的体积,低浓度的氧气环境则会使气管的体积增大。研究人员认为,器官的体积大小可能与史前蜻蜓的体型有着密切的关系。
▲▲微观视角下蜻蜓的气管
这项研究还有另外一个重要作用——那些被封存在琥珀中的远古昆虫,其气管体积很有可能就反映了当时大气的氧气含量。通过这些数据可以建立新的数学模型,用于评估不同地质年代条件下大气中的氧气含量,这一点显然具有非凡的意义。
总结
科学实验已经证明,较高的氧气环境确实会使昆虫的体积增大,但并不是无限度的增大,最终还要受到昆虫自身气管体积、食物条件、环境要素等多方面的限制。
在自然状态下,动物的体型会受多种条件的影响,氧气含量只是其中一个方面。比如,城市化会让动物的体型越来越小,全球气温升高会导致老鼠的体型越来越小,生活在寒冷条件下的鹿鼠身体会变长,体型也会变大。
不管怎样动物的体型怎么变化,有一点可以确定——动物们体型变化的最终目的都是为了更好地适应环境、更好地生存下去。