體積越大越能保溫,所以我可以理解為什麼寒冷地區鳥類、哺乳類體型大。但是昆蟲為啥反而小,似乎爬行類和兩棲類也是越冷地方越越小?這是恆溫動物和冷血動物的不同造成的嗎?
謝 @佘炤灼 邀。回答這個問題,避不開貝格曼定律(Bergermanns rule)。
貝格曼定律與恆溫動物
這是貝格曼於1847 年首次對動物體型的地理變化作出的比較明確的闡述,他認為「 在地理分布上,(恆溫) 動物的體型、恆溫脊椎動物的一些物種的( 同一種) 的體型在寒冷氣候環境中比在溫暖環境中大」。Bergmann 最初對該模式的描述傾向於根據身體體積和熱量預算, 因此得到該規則取決於熱量預算過程。知友@Keith在這個問題下的問題有詳細的解釋,不再展開。但需要注意的兩點是:第一,加黑的「一些物種」幾個字;第二,貝格曼法則在提出之初針對的是溫血動物,並未將無脊椎動物囊括在內。
100多年來,對動物體型變化趨勢的原因,學界仍有爭議,並被部分人質疑。但在哺乳動物和鳥類中,還是受到了廣泛支持的。尤其是同一種動物,在不同地區中的體型變化模式,符合這一定律。
變溫動物生物地理體型變化
題主問的昆蟲、爬行類、兩棲類,實際代表的是變溫動物。變溫動物的體型變化是否表現出貝格曼模式,一直有爭論。有的研究中,變溫動物也符合貝格曼法則,比如龜類;有的則剛好相反,比如有鱗類。因此題主的問題是有失偏頗的、以偏概全的。
變溫動物的這種變化趨勢不能夠根據能量守恆來作出解釋, 因為這些動物的體溫隨著環境溫度的改變而變化。由於變溫動物容易受到環境因素的影響, 所以對變溫動物的生物地理體型變化模式的解釋有如下幾種不同的假說:
1、冷適應代謝(MCA: metabolize cold adaptation)
該假說認為低溫環境下變溫動物的代謝率增加。因此寒冷地區的變溫動物體型也是會變大的。
2、生活史理論假說(life history theory)
認為成體死亡率增加將會選擇提前成熟,體型變小,並努力增加繁殖量。而幼體死亡率增加將會選擇相反的模式——延遲成體成熟, 體型變大,並減少繁殖量。
3、氧氣限制( CO2限制-自養生物) 假說( oxygen or carbon dioxide restriction)
認為增加溫度會減少水中溶解氧的數量, 同時也增加了呼吸活動, 因而需要更多的氧氣。因此越溫暖,變溫動物的體型會越小,以增加比表面積,獲得更多氧氣。比如說那些石蠅、蜻蜓的幼蟲就是如此。
但到了陸地上,就是另一種情況:氧氣含量太高,會促使體型變大。比如3億年前的食肉蜻蜓,有現代海鷗那麼大。有的研究認為,它們為了抵禦那時太高的氧氣含量,以免氧中毒,才長那麼大,以減少比表面積,控制氧氣攝入。