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為什麼遠古時代有體型巨大的生物,比如恐龍,猛獁,巨蟒,基因還是食物,能量守恆允許嗎?

反對最高票的答案。地球大氣的氧氣比例從來沒到過55%,地球大氣氧含量最高的時期是石炭紀末到二疊紀初,達到了35%,這時恐龍還沒出現,恰恰相反,恐龍的祖先主龍類崛起自含氧量下跌到12%的二疊紀大滅絕時期。


(下圖為地球不同時期大氣氧含量變化情況)


現在的大氣含氧量是21%,而二疊紀大滅絕時期僅為12%,當時超過96%的物種滅絕,而和很多人想像的相反,恐龍的祖先就是在低氧環境中脫穎而出迅速崛起,在隨後到來的中生代中統治了地球。究其原因是因為恐龍的祖先進化出了極其高效的呼吸系統,而這種呼吸系統今天我們還能在恐龍的後代——鳥類中看到。

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鳥類呼吸系統的被稱為雙重呼吸,即肺不再儲存空氣,而是專門行使氣體交換的功能。吸氣的時候,吸入的新鮮空氣有一半會直接進入後部氣囊,另一半則經由肺部進入前部氣囊。呼氣的時候,後部氣囊的新鮮空氣會在肺部進行氣體交換之後排出,而前部氣囊的廢氣則不經過肺部直接排出體外。

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這樣一來,鳥類無論是吸氣還是呼氣,肺部始終有新鮮空氣流過,氣體交換的效率就大大提高了。


而哺乳動物和其他動物實際上只有吸氣的時候才有新鮮空氣流過肺部,而且一次呼氣不可能排空肺內所有氣體,因此還有無效腔的問題。


以迷惑龍為例,如果迷惑龍的呼吸系統類似現代爬行類,其肺容積將低於無效腔,它將無法呼吸。如果迷惑龍的呼吸系統類似哺乳類,肺容積為225升,無效腔為184升,每次呼吸僅能吸入41升的新鮮空氣。若具有鳥類的呼吸系統,迷惑龍只需要約600升的肺活量,哺乳類的呼吸系統要達到相同水平需要2950升的肺活量。


而化石證據也表明恐龍實際上和鳥類一樣擁有氣囊。

(註:此圖為動圖,網頁播放不了可以打開查看)

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事實上二疊紀大滅絕中倖存下來的主龍把這種高效的呼吸方式遺傳給了它的每一個後代,不只恐龍和鳥類,研究表明現存的鱷魚也具有雙重呼吸的能力。(見

為什麼遠古時代有體型巨大的生物,比如恐龍,猛獁,巨蟒,基因還是食物,能量守恆允許嗎?


事實上二疊紀大滅絕中倖存下來的主龍把這種高效的呼吸方式遺傳給了它的每一個後代,不只恐龍和鳥類,研究表明現存的鱷魚也具有雙重呼吸的能力。(見Unidirectional airflow in the lungs of alligators)

為什麼遠古時代有體型巨大的生物,比如恐龍,猛獁,巨蟒,基因還是食物,能量守恆允許嗎?


體型真正最容易受氧氣含量是昆蟲,昆蟲的呼吸方式為氣管式呼吸,並不使用血液轉運氧氣,而是用氣管把外界空氣直接連通到身體各部分,這種方式的優點和缺點都很明顯,優點是空氣含氧量肯定高於血液所能攜帶的氧含量,但缺點是隨著氣管的長度增加末端氧分壓過低會使得最內部的細胞無法呼吸,所以這種呼吸方式只適合微小體型的生物採用,如果空氣氧含量上升,那麼氣管式呼吸的生物自然可以相應變大。


(下圖為三種呼吸方式的對比)


最後再總結一下,恐龍本身就是從低氧環境中崛起的,擁有極為高效的呼吸系統,相比氧含量高效的呼吸系統更有可能是大型化的原因。

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