迷你動物,可以無限縮小嗎?
當巴布亞紐幾內亞夜幕降臨,你會聽到從森林覆被裡傳出的高亢的、類似昆蟲的叫聲。然而,它們並非昆蟲,而是完全成型的青蛙。更令人驚訝的是,這些發出聲響的動物只有7.7毫米大。
這種迷你的兩棲動物發現於2009年,它比先前的記錄保持者——2006年在蘇門答臘發現的淡水小鯉魚還要小許多。小青蛙的發現引發了一場尋找世界最小生物的競賽。
神秘的「迷你世界」
科學家一般以為,經過幾百年的努力,如今全世界幾乎所有的動物都已被人類認識。但其實,即使很多體型正常的物種,從猴子到鹿,直到現在我們還會不時發現新的亞種,因此,那些微小的迷你動物就更難發現了,還有很多沒被發現也不奇怪。而最近發現的迷你動物越來越多,部分原因可能是由於人們日益意識到了它們的存在,也有可能與新工具有關。以前我們錯過了更小的魚,是因為漁網有點大了,所以讓它們從中溜走了。而當魚類學家編織了更小、更精密的網後,他們才發現它們的存在。而其他對此感興趣的人紛紛效仿。
總之,在最近幾年裡,科學家們發現了越來越多的迷你動物。這是一個不可思議的「迷你世界」,它一直存在於地球之上,長期以來我們卻忽略了它的存在。而事實上,實驗室DNA分析數據還提醒我們,那些迷你動物表面上看起來與體型正常的物種很相似,其實它們是各自獨立的物種,也就是說迷你青蛙與我們所知道的青蛙是不同的,屬於獨特的物種。
那麼,是什麼讓這些的動物長得如此之小呢?這是不同的環境因素所決定的,例如,許多微小的魚都生活在沼澤里,因為水量很少的的沼澤里,長得小有利於它們的生存,在遇到乾旱的時候,具有迷你體型的個體能更好地在小水窪中生活。此外,在正常體型動物不注意的小生態環境中,有著更微小的豐富食物,迷你動物獨佔了這些食物資源,生活得有滋有味。
這些迷你動物大多生長在小型島嶼上,而不是大陸上。顯然島嶼的生態環境更有利於小動物的生長,而不利於大體型動物的生長。
迷你動物是如何發育的?
迷你動物是怎樣使自己變得這麼小的?變小的最簡單的方法就是早早地停止生長。這些迷你動物更進了一步:它們往往在發育早期就停止生長了,這意味著正常動物的一些成體特徵它們從未有過。例如,迷你蛙的骨架就是「簡化版」,它比體型正常青蛙的骨架要簡單一些,這極可能是身體發育不完善的緣故。同時,它們的足趾數量也更少。
許多迷你蛙還會越過一個或多個發育過程,有些甚至是直接成熟——它們會跳過整個蝌蚪期,直接變為成體。而這可能是受到了生活環境的限制,或許它們的生存環境里積水不多,這樣,與其戰戰兢兢地在水中度過,還不如直接越過這一時期來得痛快。
2006年,科學家在印尼蘇門答臘島發現的迷你鯉魚,其演化歷程與迷你蛙很相似。儘管它們看起來像幼體,但其所具備的特徵,比如說雌性有卵,表明它們確實是完全成熟的個體。同它們的「近親魚種」——鯉魚相比,迷你鯉魚根本沒有經歷過幼魚的發育成長期,而是直接進入了成熟期。
然而,迷你魚並不只是直接跳過了發育期的幼魚,它們還演化出了獨特的功能,比如雄性小鯉魚長有奇怪的、經改造的腹鰭——兩個鼓槌似的東西,上邊有小鉤子和突出的邊。當看到它們的腹鰭時,魚類學家根本不敢相信自己的眼睛。它們和其他3000多種鯉魚家族的成員一點兒也不一樣。
科學家認為,跳過發育期的方法為它們開闢了新進化的可能性。體型變小使它們創新了更多的發育方式,使它們能做到其他生物不能完成的事情。這就像蓋房子,在部件不變的情況下,面積越大,能放在每塊面積上的東西就越少;但如果面積很小,每塊面積上必須要放進很多部件,這就要考驗蓋房者的智慧了,為了安放這些部件,蓋房者需要創新出更多的方式來。
多小才是最小
不過,身體並非可以無限縮小,它是有限制的。許多約束都源於這樣一個事實:當生物體形態固定,表面積和體積之比會隨著體型縮小而增加。這對溫血動物和哺乳動物是個大問題:在這樣的定律下,它們長得越小,熱量散失的速度將越快,這樣它們必須提高能量生產速度,以更快地補充能量。體態「迷你」的鳥類和哺乳動物將它們的代謝速度推到了極限。比如,體型最小的、身長只有40毫米的哺乳動物鼩鼱,它們必須要不停地吃東西以補充皮膚散失的熱量。
因此,再小的溫血動物也要比冷血動物的體型要大,例如,目前人類所知的最小的鳥是古巴蜂鳥,它有30毫米長,最小的哺乳動物鼩鼱身長40毫米,都要比最小的爬行動物——14毫米的加勒比侏儒壁虎大很多。
那冷血動物可以無限小嗎?也不能。雖然對冷血動物來說,熱量損失不是問題,但水分損失對它們來說卻是個嚴重的問題。如果把一隻迷你蛙暴露在乾燥的空氣中,恐怕幾分鐘之內它就干透了。因此,科學家測試迷你青蛙的跳躍能力時,都要非常小心地不要讓它離開水過久,就怕發生不測。
這些動物擁有令人難以置信的多孔皮,表面積和體積比又超大,所以體內水分很容易快速流失,或許,這也是為什麼迷你蛙會選擇居住在潮濕的枯枝落葉中的原因吧。
對魚類,這個問題也許更好解決。作為生活在水中的冷血動物,魚類的熱量損失和乾燥都不是問題。遺憾的是,還有其他因素在限制它們的大小。
與同類正常體型的魚相比,迷你魚的骨架不僅大大壓縮,而且大大簡化了,骨刺變少。但和正常的魚一樣,迷你魚也要看、要聽、要運動啊,該有的活一樣都不能少,迷你魚那簡化骨架恐怕時刻都不能「閑」了。因此迷你魚即使能再小下去,骨架也沒辦法再簡化了。
而且,器官按比例縮減也有基本的底限,例如,器官由細胞組成,而組成腦和眼睛之類的複雜器官,細胞必須滿足一定的數量。實際上,微型動物的器官與身體的比例要比正常動物大。隨著脊椎動物變得越來越小,滿足身體各器官的要求將是越來越棘手的問題,而最棘手的莫過於需要在身體里放置幼體,因為你不可能造出只有一半器官的幼體。唯一的方法是後代長得更小,但更小的後代必定會為了生存而拚命掙扎,結果是數目越來越少,以至於消失。
2008年發現的世界上最小的蛇——位於加勒比海的巴貝多熱帶島嶼上100毫米長的盲蛇(或者叫做蚯蚓蛇)就是一個明顯的例證。這種迷你雌性盲蛇一次只產一個卵,它的體腔大部分空間都被用來放卵了,如果它再小下去,卵只能要更小,這樣的動物還能生存嗎?
所有這些因素表明,比迷你更小的生物恐怕很難存在了。
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