渺小似乎是进化成功的秘诀

从进化的角度来看,小似乎确实很美。

最大的恐龙,翼龙哺乳动物可能看起来令人印象深刻,但这些巨人的数量远远超过微观细菌以及单细胞藻类和真菌。小生物也很古老,而且非常有弹性。

单细胞生物的第一个证据可以追溯到大约38亿年前,不久之后,新形成的地球冷却到足以容纳有机生命出现。多细胞动物进化不到十亿年前,更大、更复杂的动物出现了一点五亿年前.

在地球历史的大部分时间里,这颗行星一直由不超过一根人类头发直径的生物所主导。

细菌拼贴。(维基共享资源)

大型动物往往会采取更长的成长和成熟,所以它们的繁殖速度更慢。而小鼠的生成时间很短(新生儿长大和分娩需要多长时间)约12周,大象走得更近25 岁.

大型物种倾向于进化速度更慢并且可能不太能够应对物理和生物环境的长期变化。较大的生物也倾向于在大规模灭绝事件中情况更糟.

没有什么比家猫更大的了小行星消灭了恐龙6600万年前。

非常大需要更多的专业化和更慢的繁殖,这两者都减少了在环境动荡中幸存下来的机会。例如,较大的脊椎动物需要不成比例的更厚的骨骼和更大的肌肉。大象大小的鼩鼱如果试图走路,很快就会折断腿。

因此,许多动物群体出现也就不足为奇了起源于相对较小的尺寸,最早的分支代表通常很小。

有翅昆虫的姊妹组包括分钟弹尾(大多小于 6 毫米),而微观缓步动物或“水熊虫”是节肢动物(包括蜘蛛和甲壳类动物)和天鹅绒蠕虫的姊妹群。

最早的哺乳动物和一些最早的恐龙(如Eoraptor不到两米长)与它们后来的、通常是巨大的表亲相比也相对较小。

为什么要变大呢?

做大有很多好处。较大的尺寸可能更容易躲避捕食者(大象鲸鱼除了人类之外几乎没有敌人),狩猎猎物,胜过对手,忍受暂时的困难。

较大的生物也往往更善于保存热量(因为它们的表面积相对较小)和更大智能潜力.

表面积 (SA) 与体积 (V) 比的晶胞,带表格。(维基共享资源)

但科学家认为,这是有上限的细胞大小.这细胞分裂的力学在非常小和非常大的尺寸下分解。所有生物还必须与普遍的物理约束作斗争,例如伽利略·伽利莱.较大的细胞往往具有较小的单位体积表面积。

这意味着自然运动(扩散)的气体分子、营养物质和废物进出细胞,不足以在没有运输系统的情况下保持运转。这些分子还可以在更大的细胞中进一步传播。

因此,建立一个更大的有机体涉及两件事。首先,对大量细胞进行分组,以便它们可以一起工作.第二,制造不同的细胞专门针对不同的工作– 包括结构支持、消化食物以及移动氧气和二氧化碳等物质。

另一种选择是变得平坦或线状(如马鬃虫)或薄而扁平(如扁虫)。这些动物不需要内部运输系统,因为它们的细胞(或其内容物)都远离周围的空气或水。

波斯地毯扁虫。(维基共享资源)

古生物学家爱德华·科普(1840-1897)提出所有谱系中的个体都倾向于随着进化时间的增加而增加。虽然这在统计学意义上是正确的,但有许多例外,而大规模灭绝事件通常会将事物重置到光谱的较小一端。

绘制几乎任何主要动物群的大小分布图,你会发现一个惊人的正偏差:大多数物种比其亲本群体中的最大尺寸更接近最小尺寸,而大型物种相对较少。

例如,昆虫的种类(约500万种)比所有其他动物的总和还要多,这使它们可以说是地球上最成功的动物群体。

大多数昆虫是甲虫,具有平均体长在6mm左右.巨人如大力神(长17厘米)和(13厘米长)甲虫极为罕见。

小尺寸使动物能够生活在更多样化的生态位中,并更精细地分配资源,将更多的物种和个体打包到同一个栖息地空间中。昆虫是这种策略的主人。

象甲虫分布在中美洲。(维基共享资源)

温顺的人将继承地球 - 甚至更远的地方

尽管生物体有进化到更大尺寸的趋势,但最简单和最小的生物体仍然具有许多大型生物体所缺乏的不可思议的能力。

这些矮小的“极端微生物”中有许多可以在消灭大多数其他生命形式的环境中生存。

一些古细菌(没有细胞核的单细胞生物)可以承受超过200°C的温度深海喷口,而其他物种可以在高盐、酸和碱浓度.

同样,小动物缓步动物可以承受之间的温度150°C 和 -200°C空间真空,干燥数十年,以及辐射剂量杀死一个人所需的 1,000 倍。

甚至还有微小的线虫能够生活在下面两英里的坚硬岩石.

一些科学家认为微生物可以生存星际之旅陨石内部。科学家还认为我们发现的任何生命太阳系的其他地方可能与地球上的生命有着共同的起源——从小处着手。

马修·威尔斯,米尔纳进化中心进化古生物学教授,巴斯大学蒂姆·洛克,生物学博士候选人,巴斯大学

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