海洋动物是怎么上岸的?现代海洋动物为什么没有“上岸”?
现有证据表明,植物和动物都起源于海洋。虽然关于海洋动物的起源时间还有很多争议,但估计应该在7亿年到8亿年前。在中奥陶世,也就是大约4.6亿年前,真菌(最古老的多细胞陆生生物)已经从海洋迁移到陆地。
大多数生物群要么生活在海洋里,要么生活在陆地上,没有两者兼而有之的。很少有生物种群从水中迁移到陆地,或者从陆地迁移到水中,成功在海洋和陆地之间转移的生物种群更是凤毛麟角。
为什么地球上只有很少一部分生物可以在海洋和陆地之间进化和转移?最直接的解释是,海洋动物和陆地动物对空气和水的身体要求不同,并受到这些身体条件的限制。例如,重力在陆地上被认为是一种无处不在的力,但在水中却被大大削弱。再比如,在空气中呼吸比在水中呼吸快。
这些因素表明,几乎每一种生物都有不同的生理要求,对两种生活环境的适应能力往往差别很大。但这个解释还是不够。如果说水和空气的物理差异是陆地生物难以大量回归海洋的唯一原因,那么按照这个理论,陆地和淡水之间也很难进行生物迁徙,但事实恰恰相反。目前,生活在淡水湖泊和河流中的昆虫超过45000种,这意味着历史上至少有数百次陆地昆虫迁徙活动。
如何解释这种现象?科学家们想到了一个规律,就是居住位置规律。物理差异并不是生物体难以从一个环境迁移到另一个环境的唯一因素。还有一个原因,就是后来者占据了有利的生存空间位置,阻碍了其他生物的进入,使得后来者很难在新的环境中立足。
居住区位法则是如何阻碍其他生物迁徙的?为了在新的环境中成功生存,“入侵者”必须与原住居民即“原居民”保持同样的关系。竞争能力强,因为“原住民”经过长期的适应性进化,已经适应了当地的物理和生态环境。中奥陶世之前,陆地生态系统还很单一。当时统治世界的生物主要是微生物,无法与来自海洋的更大的动植物竞争。
但在泥盆纪(约3.5亿年前),陆地生态系统变得异常复杂。那时候有最早的森林,有很多动物物种。随着占领者社区的不断建立和巩固,他们能够防止大型海洋生物的入侵。
二叠纪时期(约2.6亿年前),入侵方向发生了变化。四足动物的代谢能力已经超过了海鱼。新陈代谢的速度如何影响生物的进化?一般来说,在食物充足的情况下,代谢能力高的动物比代谢速度慢的动物生长速度更快,以更快的速度聚集和保护更多的食物资源,拿出更多的能量来保护自己和后代。
当然,能量储备高的陆地动物要想在海洋中找到自己的一席之地,还有很多障碍需要克服,但至少在二叠纪时期,它们已经占据了有利的竞争地位。
值得注意的是,在淡水生态系统中,这种生存障碍比在海洋生态系统中要少得多,部分原因是海洋中生活着几种食肉动物种群,如棘皮动物和头足类动物,而在淡水水域中,食肉动物要少得多。此外,许多小型水体和内陆咸水湖缺乏鱼类和其他食肉动物。这个安全的生活环境也因此成为了陆地动物的入侵地,也是它们逐渐适应水中生活的必要训练场。
四足动物凭什么技能能如此频繁高效地在水中起死回生?与海洋昆虫和其他节肢动物不同,四足动物不必躲在海边的岩石缝隙中谋生,也不必躲在自制的泡泡中躲避溺水。一旦它们进入水中,它们仍然可以自由活动。虽然它们有时不得不浮到水面呼吸,但它们仍然可以在新的环境中自由进食并发挥其他重要的生命功能。
在遥远的过去,入侵者之所以能够在新的环境中茁壮成长,是因为行动缓慢的土著居民——甲壳动物、棘皮动物、软体动物和鱼类——无法有效抵御它们的入侵。
今天,入侵者的后代仍然在海洋生态系统中占据主导地位。鲸鱼凭借物种优势,成为海洋新霸主。它们不仅吃浮游生物、磷虾和鱼类等海洋生物,还吃海豹和企鹅等迁徙动物。
海豹和海鸟也是食肉动物,在食物链中的位置接近顶端。绿海龟和海牛是食草动物,胃口极好。即便如此,与种类繁多的陆地四足动物相比,这些四足动物回归海洋的比例仍然非常小。例如,海洋中没有蝙蝠、有蹄类哺乳动物、鹦鹉和鸣禽。
生活区位法则也可以解释为什么现代海洋生物越来越难进化成陆地生物。目前,大多数试图登陆的海洋生物,如海螺和海滩蜗牛,只有在潮水开始退潮时才会从水中露出来,然后它们不得不花很长时间被动地等待潮水从身后完全消退,直到潮水再次上涨。
只有在退潮和涨潮时,它们才能四处觅食。这种动物在沙滩上与精力充沛、敏捷的海鸟和来水觅食的浣熊争夺食物资源时,是不可能获得竞争优势的。大多数比较成功的海洋动物,如蜗牛、等足类动物和其他一些海洋动物,只生活在杂草、碎树叶或海岸附近。
体型较大的椰子蟹(一种寄居蟹)是登陆最成功的蟹种之一,登陆历史较短,但这种蟹只生活在太平洋和印度洋的一些岛屿上。体型大、攻击性强、外壳坚硬是椰子蟹能成功上岸的原因之一。然而,一旦去掉坚硬的保护壳,这种动物就很容易成为陆地上哺乳动物的猎物。它成功登陆的另一个原因是这些岛屿缺乏大型食肉脊椎动物。
当然,土著居民和入侵者都不是生活在真空中。两者往往都受外界因素影响较大。一些外力可能使一个物种失去生存地位,同时也可能使另一个物种巩固生存地位。
自然界中没有某个生物物种的寿命,但是各种生物物种的生存能力还是很脆弱的。调整自己适应现实环境是动物的本能,但这种调整有时是以适应能力的下降为代价的。当受到很大的外部干扰时,如气候突变,土著人民往往要承担很大的风险。外界的干扰加上食肉动物和其他竞争对手的压力,可能会让一个还没有完全站稳脚跟的入侵者突然“翻身”,在新的环境中获得一席之地。
活位定律在生物界应用广泛,对我们处理与其他生物的关系也有重要启示。采取措施破坏或改变世界生态系统,剥夺在陆地和海洋上具有强大竞争力的高级动植物的生存环境,无疑是在减少它们的生存空间。这样做的结果可能会适得其反,但会让他们更容易生存,促进他们走向新的生活环境。在所有生物中,我们人类无疑是最强大的。我希望我们能理性地统治这个世界,以慈悲之心善待其他生物。