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3亿年前蝎子竟有1米长 氧气造就巨大动物?(图)
作者: 整理时间:2005-10-27
1979年，在英国挖出一具巨型蜻蜓化石，和现在的鹰竟然差不多大小
3亿年前蝎子竟有1米长———
地球上的哺乳动物之所以能够让自己长得更庞大，并掌握对地球的统治权，这在很大程度上依赖于最近二亿五百万年来地球大气层中氧气含量的2次大的增长。以上观点并非无稽之谈，这是美国新泽西州罗特格斯大学海洋与海岸科学研究所的保罗·法尔科斯基教授与其同行经过长期研究后得出的结论。近日，著名的美国《科学》周刊发表了法尔科夫斯基小组的这一研究成果。
大气中氧气含量的上升，对大型动物的进化起到了某种促进作用。
法尔科夫斯基小组通过分析海底原始沉积物中碳和硫的同位素记录，计算出过去数亿年内大气中的氧含量。结果发现，6亿年前的大气氧含量约为20%，与现在相近，直到4亿年前一直相当稳定。大约3亿年前，氧含量突然升高到30%，随后在2.4亿年前骤降到12%。到了5000万年前，氧气水平回升到17%。到4000万年前，这一含量达到了23%。现在，大气中氧含量达到了21%。研究人员在报告中说，大气中氧气含量的上升，对大型动物的进化起到了某种促进作用。
法尔科夫斯基说：“更多的氧气应该有益于哺乳动物的进化。哺乳动物将食物转化为能量的效率要比爬虫类动物低4到6倍，因此，它们需要较高的氧气浓度使肌肉有效地工作。此外，较大的哺乳动物在耗氧量上要高于较小的同类。因为，这些大块头需要十分费力地将血液输送到各组织器官那里，大气中较高的含氧量将有助于它们获得更大的进化机会。”
尽管有人对法尔科夫斯基的报告持怀疑态度，但多数专家给予高度评价。西亚图州华盛顿大学的天体生物学家及古生物学家彼得·沃德说：“上述研究结果已经激发出了一些非常有趣的研究课题，科学家们现在正在研究氧气浓度是如何影响非哺乳动物的进化过程的。”
科学家认为，像现在鹰一般大小的远古巨型蜻蜓，是高氧气含量造就的。
科学家们通过化石记录发现，在恐龙之前，地球上就有巨大的物种存在，它们就是3亿年前石炭纪的巨型节肢动物。据化石推测，石炭纪的千足虫和蝎子体长可达1米以上，有一种蜘蛛的腿长达50厘米。最著名的样本，是1979年在英国德比郡采矿场地下挖出的一具巨型蜻蜓化石。它的翼展竟然超过78厘米，和现在的鹰差不多。与此相似的巨型昆虫化石也在法国、俄罗斯和美国被发现，并且它们都来自石炭纪。
石炭纪为什么会进化出如此巨大的动物呢？有一种观点认为：石炭纪时地球大气层中氧气的浓度高达35%，富含氧气的空气可能促进了这些巨型动物的进化。
不久前，美国耶鲁大学生物学家罗伯特·贝尔纳等人发表的一项古气候研究肯定了这个猜测。研究者在报告中指出，石炭纪时地球大气层中氧气的浓度高达35%，比现在的21%要高很多。许多节肢动物是通过遍布它们肌体中的微型气管直接吸收氧气，而不是通过血液间接吸收氧气，所以高氧气含量能促使昆虫向大个头方向进化。
为弄清楚高氧气含量是否推动了古代超大蜻蜓等节肢动物的进化，研究者对现代蜻蜓进行了研究。原来，昆虫是通过它们身体上的气孔系统来“呼吸”的。气孔连着气管，而且由上往下又附着更多层的越来越小的气孔，由此把氧气送到全身。在目前的氧气水平下，气孔系统的总长度已经达到极限；超过这个限度，氧气的水平就会变得不够。因此，根据这一构造可以有效判断，空气中氧气含量的多少决定昆虫的形体大小。也就是说，在高浓度氧气环境中，大个头的昆虫就有进化上的优势，它们可以获得更多的氧气。
对海洋中的无脊椎动物的研究也发现，在更冷和氧气含量更高的水体中，那里的生物的体积也更大。诚然，石炭纪时代的大气气压确实比现在高。这就基本可以推断那些远古庞然大物的一个决定因素正是氧含量较高。但这究竟是怎样导致它们体积变大的，目前科学家还很难回答。
地球大气含氧量发生重大波动，对地球生物圈有时会造成灾难性的影响。
从地球发展史上看，地球大气中的含氧量并非稳定不变，曾经发生过多次重大波动。根据最近的地球化学模型，相信地球大气含氧量曾经上升到35%，后来在1.2亿年的时间内降至15%。地球大气含氧量发生如此重大波动，对地球生物圈造成的影响可想而知，有时会造成灾难性的影响。
古生物学家告诉我们，地球上宏观生命的历史分为三个巨大的时代∶古生代、中生代和新生代。每个时代又分为若干个阶段。古生代后半期，其中泥盆纪终止于大约3.6亿年前；石炭纪终止于2.8亿年前，而二叠纪终止于2.5亿年前。2亿5千万年前，二叠纪末期上演了一场大规模物种灭绝的悲剧，其原因可能在于那时大气中的氧气浓度从大约30%骤然下降到10%左右。
每种动物都有自己的最低氧气浓度要求，这是每个物种只能在一个特定纬度地区生活的原因。例如，人类不能在海拔5100米以上生活。如果氧气浓度只有12％，就好比生活在海拔为5300米的地区。对于那些毫无准备的动物来说，氧气浓度下降一半会对它们的生活产生深远影响。
华盛顿大学进化生理学家雷蒙德·休伊和古生物学家彼得·瓦丁提出假说认为，氧气浓度在二叠纪中期达到了30％，各种动物当时可以在任何纬度地区生活。但随着氧气浓度的降低，原本在海拔6000米地区生活的动物就只能在海拔300米处生活，二叠纪时期近一半的陆地都不适合物种生存。因此，适合在高纬度地区生活的动物，由于不能及时调整自己的呼吸系统，可能就会灭绝。此外，由于大批动物被“挤”在十分有限的范围内，一些动物可能因为生活资源有限而灭绝。
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地球环境演化与生物进化
现代研究表明，80%~85%的大气是在地球形成早期集中形成的；其余的则是在以后漫长岁月中逐步形成的。大气中最初没有氧气，也不可能形成臭氧层，所以造成各种宇宙射线，以及太阳辐射中的紫外线直射地面。
大约在35亿年前，原始的藻菌类在无氧条件下以原始海洋中的有机物为养料，依靠发酵的方式获取能量。这些原始的生物体不断地发展变化，约在27亿年前，出现了含有叶绿素，能进行光合作用的原始藻类。这些藻类进行光合作用所释放的氧，进入大气后开始改变大气的成分。这是地球环境进化史上一次重大的发展，整个过程约在18亿~22亿年前完成。
大气中氧的出现和浓度不断增加，对于生物来讲有极重要的意义。首先，生物的代谢方式开始发生根本性改变，从厌氧生活发展到有氧生活。代谢方式的改变大大促进了生物的进化发展。约在10亿~15亿年前出现了单细胞真核植物，以后逐渐形成多细胞生物，并开始出现了有性生殖方式。
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