体积越大越能保温,所以我可以理解为什么寒冷地区鸟类、哺乳类体型大。但是昆虫为啥反而小,似乎爬行类和两栖类也是越冷地方越越小?这是恒温动物和冷血动物的不同造成的吗?
谢 @佘炤灼 邀。回答这个问题,避不开贝格曼定律(Bergermanns rule)。
贝格曼定律与恒温动物
这是贝格曼于1847 年首次对动物体型的地理变化作出的比较明确的阐述,他认为「 在地理分布上,(恒温) 动物的体型、恒温脊椎动物的一些物种的( 同一种) 的体型在寒冷气候环境中比在温暖环境中大」。Bergmann 最初对该模式的描述倾向于根据身体体积和热量预算, 因此得到该规则取决于热量预算过程。知友@Keith在这个问题下的问题有详细的解释,不再展开。但需要注意的两点是:第一,加黑的「一些物种」几个字;第二,贝格曼法则在提出之初针对的是温血动物,并未将无脊椎动物囊括在内。
100多年来,对动物体型变化趋势的原因,学界仍有争议,并被部分人质疑。但在哺乳动物和鸟类中,还是受到了广泛支持的。尤其是同一种动物,在不同地区中的体型变化模式,符合这一定律。
变温动物生物地理体型变化
题主问的昆虫、爬行类、两栖类,实际代表的是变温动物。变温动物的体型变化是否表现出贝格曼模式,一直有争论。有的研究中,变温动物也符合贝格曼法则,比如龟类;有的则刚好相反,比如有鳞类。因此题主的问题是有失偏颇的、以偏概全的。
变温动物的这种变化趋势不能够根据能量守恒来作出解释, 因为这些动物的体温随著环境温度的改变而变化。由于变温动物容易受到环境因素的影响, 所以对变温动物的生物地理体型变化模式的解释有如下几种不同的假说:
1、冷适应代谢(MCA: metabolize cold adaptation)
该假说认为低温环境下变温动物的代谢率增加。因此寒冷地区的变温动物体型也是会变大的。
2、生活史理论假说(life history theory)
认为成体死亡率增加将会选择提前成熟,体型变小,并努力增加繁殖量。而幼体死亡率增加将会选择相反的模式——延迟成体成熟, 体型变大,并减少繁殖量。
3、氧气限制( CO2限制-自养生物) 假说( oxygen or carbon dioxide restriction)
认为增加温度会减少水中溶解氧的数量, 同时也增加了呼吸活动, 因而需要更多的氧气。因此越温暖,变温动物的体型会越小,以增加比表面积,获得更多氧气。比如说那些石蝇、蜻蜓的幼虫就是如此。
但到了陆地上,就是另一种情况:氧气含量太高,会促使体型变大。比如3亿年前的食肉蜻蜓,有现代海鸥那么大。有的研究认为,它们为了抵御那时太高的氧气含量,以免氧中毒,才长那么大,以减少比表面积,控制氧气摄入。