来自奥地利的一组科学家发现了为什么科普的标准定律——“生物体随着时间的推移而变得更大”——并不总是成立。在此过程中,他们确定了身体尺寸演变的三种独特情况。
蓝鲸是最大的活体动物,也可能是目前已知的地球上第二大的动物
科普定律指的是某些动物群体在数千年和数百万年的时间里体型不断增大的趋势。它是以 19 世纪古生物学家爱德华·索雷特 (Edward Soret) 的名字命名的,他首先在化石记录中注意到了这种模式。
这一趋势适用于北美化石哺乳动物、非鸟类恐龙、古生代腕足动物、中生代鸟类和海洋哺乳动物等多种物种。相比之下,科普定律不适用于岛屿蜥蜴、阿拉斯加马、一些淡水鱼、海龟以及一些现代哺乳动物和昆虫。
在这项新研究中,科学家综合了已知的数据,发现动物的体型随着时间的推移取决于两个关键的生态因素:物种之间对资源的直接竞争的强度和灭绝的风险。这些因素的变化有助于解释为什么化石记录显示出如此令人困惑的尺寸进化模式的混合,一些进化谱系的尺寸随着时间的推移而减小,而另一些进化谱系的尺寸却在增加。
使用模拟进化的计算机模型,研究人员确定了在不同条件下发生的身体尺寸变化的三种不同情况。
1.基本上,动物是通过增加体型来进化的,这证实了科普定律。当物种之间的竞争主要由它们的相对体型而不是栖息地生态位的差异决定时,体型会随着时间的推移而逐渐增加。例如,数百万年来,几种海洋无脊椎动物的体型逐渐增大。
2.在条件恶劣的环境中,体型增大之后就会灭绝。食物链顶端最大的掠食者会周期性灭绝。 尽管真正的体型大和数量少会使动物种群变得更加脆弱,但体型的增加仍然会继续。因此,最大的动物会周期性地灭绝,从而使其他物种有机会取代它们并发育出更大的身体,从而继续这个循环。例如,这种情况发生在非鸟类恐龙和巨型飞行爬行动物身上。
3.随着激烈的竞争,不同生态位的物种进化得越来越小,打破了刻板印象。在不同物种之间对食物和生存空间进行激烈竞争的历史时刻,动物的体型可能会随着物种的传播和适应环境而缩小。随着物种进化到不同的生态位,它们面临着选择压力,迫使它们缩小体型。
例如,冰河时期生活在阿拉斯加的马的数量由于气候和植被的变化而迅速减少,马的体型也随之减小。据报道,个体脊椎动物、硬骨鱼、隐颈龟和岛屿蜥蜴的体型也有所减小。
最终,研究人员证明,科普定律的作用方式——动物的身体变大还是变小——取决于生态相互作用和生态位利用随时间的变化。这项新工作最终可以解释为什么在某些情况下动物实际上会“变大”,正如科普原始定律所预期的那样,而在其他情况下一切却完全不同。此外,我们也更容易理解为什么在大灭绝期间,一些进化线被消除,而另一些则继续存在。