第四纪冰川时期的动物为什么偏大?:是因为要适应寒冷气候,保暖的需要。哺乳动物和鸟类,必须要保持恒定的体温。特别是身体的核心部分,胸、腹、脑部,一旦温度
是因为要适应寒冷气候,保暖的需要。哺乳动物和鸟类,必须要保持恒定的体温。特别是身体的核心部分,胸、腹、脑部,一旦温度降低,极易造成死亡。在严寒,缺乏能量和保暖条件的情况下,身体会先减少表面和四肢热量的输送,保证核心部分温度的正常。动物的体型越大,身体核心部分的温度越不容易散失,有利于动物的生存。通常情况下,同一类动物,北方的就比南方的体型大。比如北极熊通常来说比棕熊大,棕熊的体型通常都大过黑熊,黑熊的体型大于马来熊。马来熊生活于热带,说实话已经没有多少熊的风采。感觉跟比较大的狗差不多,是体型最小的熊。生活于青藏高原较高海拔雪线附近的野牦牛,体形高大,重量可达一吨。生活于川西草原,海拔相对较低地区的家养牦牛,体型连野牦牛的一半都达不到。又比如企鹅,在南极和热带赤道地区都有分布。南极地区的企鹅体形通常较大,而赤道地区的企鹅体型娇小,跟一只普通的鸭子差不多。也可以明显的看出,气候对动物体型的影响。生活于寒冷地区的动物,体型比生活于温暖或者热带地区的同类体型更大,是自然选择的结果。
第四季冰川时期的动物体型偏大,是严寒的气候条件下,动物们为了适应环境的结果。
2这是因为,只有在这次冰川期,地球上出现了恒温动物。而动物体型越大,身体的保温性能越强。
地球形成45亿年以来,曾出现过许多次冰期。其中比较严重并且持续时间很长的几次分别是前寒武纪晚期冰川期、石炭纪至二叠纪冰川期和新生代(第四纪)冰川期,一次大冰期的时间至少能持续数百万年。
▲披毛犀。
看这几次大冰期的时间,寒武纪海洋是三叶虫的地盘,陆地上还没有生物呢;二叠纪最高等级的动物是两栖动物,它们的并没有恒定的体温。到了新生代,哺乳动物出现了,由于需要额外的能量来维持体温,所以冰期来临后动物们的个头越来越大。
表面积与体积之比,决定了恒温动物的保温能力。个头越大的动物,相对于体积来说,它的体表面积越小,越容易保温;个头越小的动物,相对于体积来说,它的体表面积越大,越利于散热。
这有点儿太抽象了,不过我们可以用不同大小的两个正方体来解释这个现象。
▲边长为1厘米的正方体,它的表面积是6平方厘米,体积是1立方厘米,如此,它的表面积与体积的比为6:1;如上图,如果立方体边长增加到2厘米,那么它的表面积就是24平方厘米,体积则增加到了8立方厘米,表面积与体积的比降低到了3:1。
体积保存着热量,表面积则相当于散热片。小个的立方体相当于一份热量配6个散热片,大个的立方体相当于一份热量配3个散热片。所以在同样的环境温度下,体积越小的动物散热越快。
珍贵的能量。如今的咱们整天想着少吃多运动,减肥啥的。这对大自然中生存的动物们而言,绝对是不可想象的,尤其是在环境严酷的冰河时代。
第四纪冰期开始于250万年前,直到两万年前才告结束。这期间,黄河以北的中国、整个俄罗斯、大半个欧洲、华盛顿以北的美国……所有高纬度地区都被压在几米到几十米厚的冰盖下面。那些没有被冰覆盖住的区域,气候也是终年的干燥寒冷,植物生长困难,动物食不果腹。
▲猛犸象。
那时候的哺乳动物虽然没有人类这样耗能巨大的大脑(一个人就算躺着不动,一天也得消耗约1000大卡的热量,用于维持大脑等重要器官的运作和保持体温等),但环境温度太低,食物又太贫乏,它们保持体温的能量消耗很可能与我们供养大脑的消耗相当。动物们要想节省能量,办法除了长出厚厚的脂肪层和浓密的毛发外,只剩下增大体形了。
总结一下。其实不只是冰河期的哺乳动物个头大。
就说现在吧,细心对比一下你会发现,同一科的哺乳动物中,生活区域越靠近极地的种类,它们的体形就越大。比如东北虎的体形远大于孟加拉虎;北极熊、北美棕熊的体形远大于南亚的黑熊;藏獒的体形远大于田园犬……体积越大越利于保温,这个定律什么时候都适用。
注意啊,以上规律只适用于恒温动物。对昆虫和两栖动物、爬行动物而言,规律正好相反,越冷的地方体形越小。
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第四纪是一个地质时期,包括最近的260万年——包括今天。作为新生代的一部分,这一时期通常分为两个时期——更新世,从大约200万年前持续到大约12000年前;全新世,从大约12000年前开始。
第四纪涉及剧烈的气候变化,影响了食物资源,导致许多物种灭绝。这一时期还出现了一种新的掠食者:人类。
气候
科学家们有证据表明,60多个冰川扩张时期夹杂着短暂的气温升高。整个第四纪,包括现在,由于至少有一个永久冰原(南极洲)的存在,被称为冰期;然而更新世通常比现在更加干燥和寒冷。
尽管各大洲的冰川进程各不相同,但大约22,000年前,冰川覆盖了地球表面的大约30%。在冰川之前,在现在的欧洲和北美地区,存在着被称为“猛犸象草原”的广阔草原猛犸象草原的生产力高于生物量更大的现代草原。这些草密度大,营养丰富。冬天的积雪很浅。
动物
这些大草原支撑着巨大的食草动物,如猛犸象、乳齿象、巨型野牛和长毛犀牛,它们很好地适应了寒冷。这些动物被同样大的食肉动物捕食,如剑齿虎、洞穴熊和可怕的狼。
最近的冰川退缩开始于全新世。在欧洲和北美,猛犸象草原大部分被森林取代。气候和食物资源的变化开始了最大的食草动物和它们的捕食者的灭绝。然而,气候变化并不是它们消亡的唯一因素;一种新的掠食者正在让自己为人所知。
人类的提升
直立人是第一个广泛使用火的人类物种。关于物种起源有两种假设。第一个假设是,这个物种起源于非洲,后来散布在整个欧亚大陆,能够利用火和工具来开发更冷的地区。第二个假设是直立人从欧亚大陆移居到非洲。在格鲁吉亚共和国德马尼西的发掘发现了化石证据H.直立人是一个成功的猎人。
尼安德特人存在于大约20万年前到大约3万年前。化石证据表明,该物种生活在西欧的大部分地区,包括英国南部、整个中欧和乌克兰,以及最南端的直布罗陀和黎凡特。非洲还没有发现尼安德特人的化石。尼安德特人比拥有更长、更强壮的手和手臂的现代人更矮、更结实。尼安德特人住在避难所里,制作并穿着衣服,使用由石头和骨头制成的各种工具。
气候条件需要富含动物蛋白的食物,所以它们是老练的猎人,尽管最近的发现表明它们也烹饪和食用植物材料。最近的发现还证明,他们故意埋葬死者,并制作装饰性或象征性的物品。没有更早的原始人类物种表现出有使用语言的行为。
证据表明智人起源于非洲;在埃塞俄比亚发现的解剖学上最古老的现代人类化石大约有195,000年的历史。到100,000年前,它们已经分散到了现代以色列的最北部,但是在更北部发现的最古老的现代人类化石只有40,000到60,000年的历史,恰好是一个短暂的间冰期。
很明显智人和尼安德特人是同时代的人。牙科证据表明H.现代人的比尼安德特人成熟得晚。这表明,更长的童年让我们有更多的时间进行社会发展,并将知识和技术传播给下一代。这可能会导致分工,让女性和年轻人去寻找更多样的食物来源。饮食多样化可能是一种物种优势H.现代人的当气候再次变冷时。
最近的尼安德特人遗骸大约有28000年的历史。不管出于什么原因,智人经受住了剧烈的气候变化,并在尼安德特人灭绝时继续在地球上扩散。
13,000到10,000年前,在全新世开始的时候,海平面下降暴露了西伯利亚和阿拉斯加之间的白令海峡大桥。由于阿拉斯加山脉的雨影效应,这一地区的降雪量相对较小,因此,由于冰川覆盖了欧洲的大部分地区,这是很自然的,现代人的跟随迁徙的动物进入北美。
然后,大约12,000年前,包括猛犸象、马和骆驼在内的近四分之三的北美大型动物灭绝了。科学家们一直在争论是什么导致了这场灾难性的灭绝事件。一种解释是全球气温上升导致冰川退缩。不断上升的海平面再次淹没了陆桥,森林开始取代巨大的草原。栖息地的变化无疑给动物种群带来了压力。
大规模灭绝也与人类到达该地区同时发生。一些科学家说过度捕杀是大规模灭绝的主要原因。另一种理论认为彗星撞上了加拿大东部的冰川大约12,900年前,这将极大地影响气候,并引发一个冰川条件的新时代。
4地球史上出现的最大物种是生活在距今约2亿年前侏罗纪时期的恐龙,在约6500万年前的白垩纪,中生代末白垩纪生物大灭绝事件导致这一物种的集体灭绝。从时间长河望去,第四纪冰川时期的动物不是地球史上最大的动物,但它们的体型确实较现代世界的动物偏大。对这一现象,我们可以尝试从以下几个角度来解释:
柯普法则与生物大灭绝19世纪的美国古生物学家艾德华·准克尔·柯普根据化石记录的信息,认为“动物的躯体总是朝着巨大化的方向进行演化”,这一观点被称为“柯普法则”。对绝大多数动物来说,体型变大是与其他生物甚至同类竞争的直接优势。体型大的动物,在与其他物种的物理对抗中,天然占有力量优势,不容易成为被捕食的对象。生物学家还发现,体型越大的个体,繁殖能力越强。
图为艾德华·准克尔·柯普
体型巨大化成为动物适应环境的一种进化本能。然而,巨大化必然伴随着对环境变化的反应迟缓和脆弱。历史上几次生物大灭绝,首当其冲被团灭的就是巨型动物。地球上最近一次大灭绝发生在公元前1.2万年前的冰河时代末期,猛犸象、毁灭刃齿虎、猛犸象、美洲拟狮、大地懒等大型动物都是在这次灾难后消失的。现代世界的动物,多是那次灭绝后出现的新物种,即使是诸如大象、非洲野水牛、北极熊等大灭绝后生还的大型动物,由于距离上次大灭绝的时间并不长,所以都尚未演化为巨兽。
热量需求与气候变化根据“伯格曼法则”,体积体重的增加会使表面积的比例相对变小,有利于防止体热的散失。因此,生活在寒冷地区的动物为保持体温恒定,体型倾向于更大;生活在温暖地区的动物为帮助身体散热,体型倾向于更小。第四纪冰川时期气候严寒,动物为了保持热量和体温,自然选择让体型进化的更为庞大;而第四纪冰川时期结束至今,地球气候回暖,动物则倾向于向更小的体型发展。
图为生活在南极的帝企鹅
图为生活在热带的南非企鹅
竞争规则与新物种物竞天择,适者生存,动物为适应环境选择了自以为有效的进化方式。然而,第四纪冰川时期出现了一个前所未有的新物种——人类。人类探索出一种更复杂进化的方式——发展智力。通过智力的进化,人类学会发明和使用工具,一边利用工具捕杀动物,一边改造自然环境。在实践过程中,人类发现大型动物作为捕杀目标更容易被发现,并且一次捕杀可以提供几个人或者几天的热量需求,大型动物开始被大规模猎杀,最终走向灭绝。小型动物则灵巧地逃出了人类的目光,获得喘息之地,生存下来。
5第四纪生物与第三纪相比,在分布和组成上发生了明显的变化。哺乳动物与上新世相比有很大进化,如欧洲及邻近的亚洲部分现生的119个种中只有6个在上新世生存过。植物界的进化比较缓慢,西北欧的植物约80%在第四纪开始时即已存在。第四纪冰期时,大陆冰盖向南扩展,动植物也随之向南迁移。间冰期期间动植物向北迁移。冰期和间冰期植被带的移动范围最大可达纬度30°,在地层剖面中可明显地看到喜冷和喜暖动植物群的交替现象。第四纪后期,大型陆生哺乳动物发生过大规模绝灭。在北美,大型哺乳动物的属有70%绝灭,欧洲和非洲比例小得多。这一大规模绝灭发生于距今15000~9000年。发生大规模绝灭的原因主要是人类的狩猎活动,其次是自然环境的变迁。第四纪不同时期出现不同的动物群。欧洲早更新世具代表性的是维拉弗朗动物群,出现了真马、真牛、真象;中更新世以克罗默尔动物群为代表;晚更新世时出现了许多极地动物。北美早更新世有布朗克动物群,中更新世有伊尔文顿动物群,晚更新世有兰错伯累动物群。中国北方则有早更新世泥河湾动物群,中更新世周口店动物群,晚更新世萨拉乌苏动物群。
第四纪是人类出世并迅速发展时代,人类的发展经历了以下主要阶段:
1.早期猿人阶段(2百万年-1百75万年前):能人(Homo habilis)在东非坦桑尼亚出现,这可能是早期的直立猿人(Homo erectus)
2.晚期猿人阶段(1百万年前):直立猿人(homo erectus)从非洲扩散到中国、爪哇,最著名的代表是北京猿人和爪哇猿人
3.早期智人阶段(50万年前):智人(Homo sapiens)在非洲出现并迁移到欧洲。
4.晚期智人(新人)阶段(25万年-3万5千年前):现代人(Homo sapiens sapiens)在非洲南部出现,约5万年前,现代人类分布到中东地区,到3万5千年前,现代人类分布到达欧洲-克罗麦昂人(Cro-Magnon)
5.在更新世晚期,大约3万-2万年前,现代人类通过白令陆桥进入北美洲并向南迁移。进入全新世后,现代人的分布到除南极洲以外的各个大陆,并且成为唯一生存至今的人科动物(hominids)。