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admin 2024-11-21 地方关注 15 次浏览 0个评论

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  2. 为什么陆地和海洋都进化出了远比人类体型大的动物,而天上飞的却没有

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北京凤凰中影传媒有限公司怎么样

简介:北京中影传媒有限公司,是一家影视创作生产公司。

北京中影传媒有限公司主要是电影项目开发、立项、评估、宣传等。法定代表人:俞晴 成立时间:2007-11-30 注册资本:1000万人民币 工商注册号:110105010663636 企业类型:有限责任公司(自然人独资) 公司地址:北京市朝阳区久文路6号院90号楼1至3层102

为什么陆地和海洋都进化出了远比人类体型大的动物,而天上飞的却没有

我始终觉得,生命演化,有上限限制,和整个食物链关系,食物配给有关,大就少,小就多,小少了种群就会灭绝,小型动物多少及分布,决定大型动物数量级分布,优胜劣汰,多则饿死。整体生态体系食物链关系决定的,维持的,所以一定历史时期体型都有一定整体变化,恐龙时代,今天人类社会。恐龙时代翼龙,而今鸟类!还有就是星球质量大小,引力有关系!

谢谢悟空邀请!

陆地上最大的动物非大象🐘莫属。非洲象的身高3.7~4.3米,体长6~7.5米,体重有5.5~8吨(假如人体重是55公斤,大象体重就是人类的145倍);海洋中最大的动物蓝鲸🐳更是硕大无朋,体长在33米以上,体重在200吨以上(是人类体重的3636倍),是真正的地球大体型动物之王。

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而天空中飞的鸟类体型最大的是阿根廷巨鹰。身高2米,翅长是7米,体重约有70公斤,足有“塞斯纳”152飞机✈️大。是人类体重的1.3倍。

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那么为什么飞行动物比陆地和海洋的动物都小,体重都轻呢?

这就是自然选择的结果了。如果像蓝鲸那么大的动物到了陆地是很容易暴露的,并且陆地上也没有足够的空间提供给它。同理,飞行在天空的鸟类为了安全,多栖息在树上或悬崖上,而树上面积有限,这就限制了它们的体重必需轻盈。

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这个问题牵涉到了动物的进化论,鸟类是由陆地生物的爬行动物进化而来,始于侏1.5亿年前罗纪晚期的始祖鸟。它们的飞行方式和体型结构出现了质的飞跃才抢夺了空中的宝座,开辟了天空之舞的新航程。

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鸟类的祖先为了扩大生存范围,躲避大型动物的捕食,只能将活动区域发展到树上或其它大型动物无法企及的空间里。于是逐渐的将前肢演化出了能在空中滑行的翅膀。这样便能成功繁衍生息了。

应该说天上飞的都是体重很轻的动物。它们如果太重了,是很难飞起来的。这也是进化的必然。在天空飞行可是最耗体力的,就是麻雀这么小的鸟都是空心的骨头和短的消化系统。而且体型小利于维持体温。

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这个基本上还是跟力学结构有关,动物的大体型需要能够有足够的力学支撑以便支持其运动和觅食。这是生存的基本条件。海陆空为生物提供的这个基本生存条件的不同决定了生物的体型的自然选择和进化。但题主说的这个“陆地和海洋都进化出了远比人类体型大的动物,而天上飞的却没有”的情况却不是事实,因为中生代的大型翼龙的翼展可以达10米,其体型是远超人类的。

而从现存动物的情况来看题主的说法倒还是没什么错的。

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上图:风神翼龙与人类身体尺寸对比

身体密度——浮力对生物体重的支持差异

  • 空气密度:1.29kg/m³

  • 水密度:1000kg/m³

陆地和海洋的浮力所能支持的体重相差近七百多倍!这就是为什么海洋能够支撑像蓝鲸一样的巨型。

因为即使不动,生物体在其生活的介质当中(水或者空气)都能够得到相应的浮力支撑,这为生物体维持体姿和内部器官的正常生理体积提供了基础条件。

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上图:但实际上飞行动物的身体平均密度要高于陆生动物。鸟类的身体密度高于哺乳动物。这是因为飞行所需的高速需要更坚固的内部结构更强壮的肌肉,而陆生动物因为有地面支撑,反而可以不必那么高的身体强度。(骨骼密度与上述强度是正相关的)


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上图:8种不同动物群体物种体型的频率分布:

  • (a)灭绝的恐龙;

  • (b)现存的鸟类;

  • (c)现存的爬行动物;

  • (d)现存的两栖动物;

  • (e)现存鱼类;

  • (f)现存的哺乳动物;

  • (g)已灭绝的翼龙;

  • (h)新生代哺乳动物。

请注意,除了恐龙之外,所有分布都是正偏态的(大体型的品种居多),这些恐龙明显具有负偏态(小体型的居多)。

从图上来看,鱼类的体型分布最接近正态分布,中体型的多,而且分布非常丰满,而恐龙则是大体型的品种多。飞行的鸟类和翼龙类的一个特征是整体品种都比较少,而且集中于某种体型,形成一种尖锐的分布,这和陆生及海生动物形成明显的区别。

这个情况可以说明飞行比陆生以及海生对于动物体型的选择压力要大得多——大了飞不容易飞起来。

能耗

由于地球上的生物体的身体密度都是大于空气的,这为天空飞行的动物带来了额外的麻烦,因为单靠浮力无法支撑它们的身体,因为它们必须为在空气中运动消耗额外的能量,也就是说它们没办法在空气中保持低能耗——要飞是有代价的。因此,海陆空领域的动物的身体力学模式是完全不一样的。

  • 对于大部分飞行的动物来说,其主要的食物来源还是来自于地面或者海面,而不是在天空。飞行动物实际上都只能叫空陆两栖。它们需要在陆地和天空之间往返,大量的能量消耗在复杂的三维运动之中。飞行本身就是非常耗能的行为,因为肌肉除了提供运动的加速度外,还必须为了平衡整个体重而做功,大部分的能量浪费在了对抗地心引力方面。对于多数鸟来说,不扇动翅膀就意味着坠落。

  • 对于陆生动物来说,大部分觅食行为几乎等同于在二维的平面世界里进行运动,四肢支撑起体重之后,只需要肌肉做功提供加速度,提升身体动能。

  • 对于海生动物来说,体重的拖累几乎为0,因为它们几乎处于失重状态(水的浮力与重力平衡),只要其它条件允许想长多大就可以长多大。如果不动,能耗可以达到静息水平,而且就在这种情况下就可以觅食。水体中有大量的生物都采取“守株待兔”的方式来觅食,太普遍了,因为在水中生活的成本实在是太低(难怪生命最早诞生在水中——因为成本)。

显然,飞行的生物体型偏小是有经济学原因的。

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上图:水生动物与飞行动物的能量消耗水平对比。横轴是身体质量,纵轴是能量消耗水平。差别可不是一点点。

身体力学结构

对于海生动物来说,由于水的密度大,因此海生动物要么采用软体策略,要么就要采取强骨骼策略,这是两个极端化的身体构造解决方案。对于脊椎动物来说,要变大必须要强化脊椎以确保身体不会被强悍的水流挤压变形。这里指的挤压不是水的静压,而是流动的水压,例如强大洋流的冲击,游泳时激起的水流的反作用力等等。做个比喻:如果船桨不够结实,或者很容易折断,那就没法用,因为要在水中运动就需要承受水流的反作用力。

而由于空气密度比水要小七百多倍,鸟类翅膀所承受的空气反作用力的强度要比在水中低得多(相同的扇动速度下),因此鸟类需要更高频地扇动翅膀,而较大的体型就要求更大的翼展,而更大的翼展却无法更高频率地扇动。除了那些善于利用地形造成的上升气流的物种之外,大部分飞行动物都无法进化出过大的体型和翼展,虽然风神翼龙的翼展可达到10米,但考虑恐龙时代物种的平均体型,这也不算什么,而同属于中生代的大型鱼龙的体型则可以比肩蓝鲸。

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上图:蝙蝠翅膀、海豚鳍、人手骨骼结构对比。如果蝙蝠的翅膀有海豚的鳍那么大,那么现在看到的这个蝙蝠翅膀结构是无法工作的。骨骼的强度与密度的比例关系设定了飞行动物骨骼的尺寸上限——不是简单等比例缩放就能用。

总结

在天空中飞行动物因空气的物理性质以及能量消耗水平,以及这两个因素所导致的身体力学结构差异,都使得天上飞的动物无法进化出过大的体型——这自然是环境选择的结果。

俗话所的好“物竞天择,适者生存”,这句话可不单单适用在人类身上,同样适用于大自然的万千生物,在亿万年的生物进化过程中,天上飞的动物进化条件远没有陆地、海洋那么优越,所以大型动物也逐渐走向灭亡,或者丧失了翱翔于天际的能力,比如翼龙、阿根廷巨鹰已经灭亡,我们最为熟知的鸵鸟也失去了飞行能力。

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从科学角度来看,能够翱翔天际的动物,身体构造与陆地、海洋动物有明显的不同,体型越大的飞行动物,需要的翅膀越大,而躯干的重量要求是越低越好,否则根本飞不起来。体型巨大的动物如果要飞翔,必须强化翅膀能量,弱化躯干密度,而翅膀作为飞行工具在捕猎功能上比较鸡肋,想要捕捉中大型动物,躯干也必须相当强壮,所以飞行与捕猎显然相互冲突,不利于进化。

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举个例子,电影阿凡达当中的“斑溪兽”现实当中并不存在,斑溪兽的形象虽然取自翼龙,但是结构上又与翼龙有明显区别,翼龙的躯干比例很小,而斑溪兽的躯干比例很大,且强壮有力,这种结构其实并不利于飞翔。另外,我们可以想象一下运输机与战斗机的区别,运输机不可能用于攻击战斗,因为运输机太过庞大,根本不具备速度无法捕猎,放在动物身上无法捕猎就意味着淘汰。

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今天的地球上最大的飞行动物是漂泊信天翁(Diomedea exulans),这种在大洋上翱翔的鸟类展开双翼超过3米,体长约1.35米,但是体重很轻,只有6至12公斤,远远赶不上人类。

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图注:漂泊信天翁,图片来自网络

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图注:桑氏伪齿鸟与加州神鹰和皇家信天翁的体型对比,图片来自网络

漂泊信天翁并不是地球上出现过的最大的飞行鸟类,已知最大的飞行鸟类是生存在距今2500万年前的桑氏伪齿鸟(Pelagornis sandersi)。桑氏伪齿鸟的样子倒像是放大版的漂泊信天翁,其翼展可达7米,体重在20至40公斤之间。如果仅仅看翼展,桑氏伪齿鸟比人类大得多,但是重量上依然不及人类。没关系,因为地球上还曾经出现过更大的飞行生物。

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图注:桑氏伪齿鸟的复原图(左)及与人类的体型对比(右),图片来自网络

巨型翼龙是地球上出现过的最大的飞行动物,风神翼龙和哈特兹哥翼龙这样的巨型翼龙,翼展超过12米,体重可达250公斤,已经完全超越了人类。当巨型翼龙站在地面上的时候,其脑袋距离地面的高度可达5米,相当于长颈鹿的高度,绝对是庞然大物。

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图注:风神翼龙与人类的体型对比,图片来自网络

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图注:风神翼龙站起来与人类和长颈鹿的对比,图片来自网络

为什么陆地和海洋之中有那么多巨型动物,而天空中就没有呢。原因是海洋的浮力能够支撑动物的体重,陆地上的生物可以以四肢或两肢支撑身体,但是想要飞上天,你不仅要对抗重力,而且还要获得足够的升力,这对于动物来说是极大的挑战,以翼膜和翅膀所能获得的升力是非常有限的,所以想要飞上天必须减重,这也就是为什么大型鸟类翼展大但是重量轻的原因。

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图注:巨大的飞行动物本身就是设计精密的飞行“机器”,图片来自网络

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