回眸遠(yuǎn)古“巨蟲時(shí)代”

張唯誠

一只現(xiàn)代蜻蜓，它看起來很像3 億年前在天空中飛行的遠(yuǎn)古巨蜻蜓，但個(gè)頭小了很多。

“ 華萊士巨蜂”比普通的蜜蜂大很多。

石炭紀(jì)的天空

2019年，科學(xué)家們?cè)谟《饶嵛鱽喼匦抡业搅吮徽J(rèn)為已經(jīng)滅絕了的世界上最大的現(xiàn)代蜜蜂。這種蜜蜂的身體有核桃般大小，大約4厘米長(zhǎng)，翼展達(dá)7.5厘米以上，幾乎和一張信用卡一樣寬，因而它被稱為“華萊士巨蜂”。這是自1981年后，人們?cè)僖淮伟l(fā)現(xiàn)了這種蜜蜂，算起來它們已經(jīng)失蹤了近40年。如今，這樣巨大的昆蟲在地球上已經(jīng)非常罕見了。然而，如果你能回到遠(yuǎn)古時(shí)代，就會(huì)發(fā)現(xiàn)大型昆蟲并不少見。那時(shí)，體形巨大的蚱蜢、蜻蜓和蜉蝣在地球上比比皆是，它們爬行、巡游和飛翔，并構(gòu)建了地球歷史上一個(gè)神奇無比的“巨蟲時(shí)代”。

“巨蟲時(shí)代”比恐龍時(shí)代要早得多，大致在3億年前的石炭紀(jì)。那時(shí)，地球上的大部分陸地處于熱帶，植被非常繁茂，一些巨型節(jié)肢動(dòng)物，如蜉蝣、蝎子、千足蟲、蜈蚣等生活在溫暖舒適的環(huán)境里。

就目前所知，當(dāng)時(shí)最大的昆蟲是蜻蜓的遠(yuǎn)古親戚。從形態(tài)上看，這種遠(yuǎn)古巨蜻蜓近似于現(xiàn)代的蜻蜓，但它們的翼展可達(dá)0.6米，這是現(xiàn)代蜻蜓所無法比擬的。在2.2億年前的天空中，巨大的蚱蜢上下飛舞，它們的翼展可達(dá)15～20厘米，與今日家養(yǎng)鷦鷯的體形差不多。那時(shí)，蜉蝣的遠(yuǎn)古近親也很活躍，擁有寬達(dá)20～25厘米的翅膀?，F(xiàn)如今，這種昆蟲以壽命短暫而聞名。除此之外，那時(shí)地球上還生活著大量的遠(yuǎn)古蜈蚣和蟑螂。這些古代巨蟲多是食肉動(dòng)物，很可能以其他昆蟲為食。

在“巨蟲時(shí)代”最后的大約5000萬年里，這些巨型昆蟲物種走向了消亡，地球歷史上的“巨蟲時(shí)代”也隨之落下了帷幕。

巨蟲樂園

那么，地球歷史上為何會(huì)存在“巨蟲時(shí)代”？那些令人毛骨悚然的巨蟲如何得到了迅猛發(fā)展的契機(jī)？科學(xué)家們認(rèn)為，“巨蟲時(shí)代”很可能是當(dāng)時(shí)大氣中的高含氧量造就的。在3億～2.5億年前的石炭紀(jì)，地球大氣中的氧含量水平達(dá)到了30%，比今天21%的氧含量要高得多。動(dòng)物需要氧氣進(jìn)行新陳代謝，這種化學(xué)反應(yīng)為它們提供能量，而較大的生物需要更多的氧氣。許多節(jié)肢動(dòng)物通過遍布其肌體中的微型氣管直接吸收氧氣，因而高氧含量能促使昆蟲向大個(gè)頭的方向進(jìn)化，為大型昆蟲的繁育創(chuàng)造了條件。

為了進(jìn)一步印證這種觀點(diǎn)，科學(xué)家們需要研究巨蟲的興亡與大氣含氧量之間存在著怎樣的關(guān)聯(lián)。

古生物學(xué)家研究史前生命，他們經(jīng)常搜尋古老的巖石，研究被稱為“化石”的古代生命跡象。那些化石可能是一個(gè)腳印、一副骨架，或者是另一種生物遺跡，它們?cè)谑^上留下了印記，表明那里曾經(jīng)存在過某種生物。通過確定巖石的年齡，古生物學(xué)家可以估算出動(dòng)物、植物或其他生物死亡的時(shí)間。

為了調(diào)查巨型昆蟲的真相，美國加州大學(xué)圣克魯斯分校的古生物學(xué)家馬修·克拉彭和他的同事杰里·科爾研究了多達(dá)10500塊古化石中史前昆蟲的痕跡，他們將昆蟲的大小與昆蟲生存時(shí)大氣中的氧含量進(jìn)行了比較。研究發(fā)現(xiàn)，最早的昆蟲出現(xiàn)在3.2億或3.3億年前的化石中，一開始它們的體形巨大，并很快達(dá)到了頂峰。從那以后，大多數(shù)昆蟲的體形在縮小。

? ? ?“巨蟲時(shí)代”的終結(jié)者

馬修·克拉彭和他的同事們還使用計(jì)算機(jī)模型來研究史前的大氣。他們的工作表明，大氣含氧量大約在2.6億年前開始下降。隨著時(shí)間的推移，含氧量的水平也發(fā)生了波動(dòng)。研究顯示，在“巨蟲時(shí)代”的大部分時(shí)間里，含氧量和最大昆蟲的翼展同步發(fā)生著改變。當(dāng)含氧量下降時(shí)，翼展就會(huì)縮短;而當(dāng)含氧量增加時(shí)，翼展就會(huì)相應(yīng)地延長(zhǎng)。這個(gè)現(xiàn)象表明，當(dāng)空氣中含有更多氧氣時(shí)，昆蟲的體形會(huì)變大，而在含氧量較少時(shí)，昆蟲的體形則會(huì)變小。這一結(jié)論與現(xiàn)代的一些研究結(jié)果是一致的。

但在大約1.5億年前，情況發(fā)生了變化。盡管大氣含氧量再次開始上升，但昆蟲的體形仍然很小。這又是怎么回事呢？

一種可能的解釋是，鳥類出現(xiàn)了，或者說經(jīng)過了許多代的緩慢變化，鳥類進(jìn)化成了天空中更強(qiáng)悍的獵手，它們扮演了“巨蟲時(shí)代”終結(jié)者的角色。它們與昆蟲爭(zhēng)奪食物，進(jìn)而吃掉了那些體形巨大的蟲子。對(duì)此，馬修·克拉彭解釋道：“那個(gè)時(shí)代是鳥類進(jìn)化并開始變得更擅長(zhǎng)飛行的時(shí)候，因而，盡管氧氣在那段時(shí)間里持續(xù)增加，但昆蟲卻還是變小了?！?/p>

除了鳥類以外，含氧量也并非是唯一影響昆蟲大小的因素?？茖W(xué)家們還發(fā)現(xiàn)，即使在含氧量很高的時(shí)候，也不是所有昆蟲的體形都是巨大的。例如，蜜蜂出現(xiàn)于大約1億年前，它們的體形并沒有進(jìn)化得很大，至今仍保持著大致相同的大小。馬修·克拉彭認(rèn)為，生態(tài)學(xué)可以給出答案：蜜蜂必須給花朵授粉，如果花兒不再變大，那么蜜蜂也不會(huì)變大。

這件化石顯示了生活在3億年前一只昆蟲的翅膀。作為對(duì)比，左上方是一只現(xiàn)代蜻蜓的翅膀。

當(dāng)更善于飛行的鳥類統(tǒng)治了天空，地球上的“巨蟲時(shí)代”便一去不復(fù)返了。