基本介紹
- 中文學名：巨型遠古昆蟲
- 界：動物界
- 分類：巨型節肢動物
- 時間：3億年前石炭紀
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特徵
在地球物種進化的漫漫長河中，不同時期的地質、氣候、及環境特徵造就了不同特點的動物類型。現今生活在地球上的哺乳類、爬行類、鳥類、魚類、及昆蟲類動物都有體型龐大的祖先。遠古時代，地球大氣層中氧含量遠遠超出了今天的標準，而古生物學家通過化石標本得知遠古時代的昆蟲體積普遍大於現代。那么，是不是當時的高氧大氣造就了古代的巨型昆蟲？
3億年前石炭紀地球上生活著巨型昆蟲，蜻蜓翼展接近一米。 科學家們通過化石記錄發現，在恐龍之前，地球上就有巨大的物種存在，它們就是3億年前石炭紀的巨型節肢動物，包括超大的蜉蝣昆蟲、蠍子；吊蘭大小的蜘蛛；還有5英尺長的千足蟲，等等。其中最神奇的應是巨型蜻蜓，它們的翼展可以達到2英尺半（接近1米），有老鷹那么大，是地球上有史以來最大的昆蟲。
3億年前，這些物種曾經昌盛一時。那時大部分陸地都在熱帶，植物繁盛（後埋入地下形成煤炭，該時期因此稱為石炭紀）。但經過大約5000萬年，從二疊紀的中期到晚期，這些巨型物種消亡了。 長期以來，科學家們都猜測，也許是大氣中氧氣含量的變化在它們的興亡中起了關鍵作用。現在，古生物學家開始探究這些大小與現在的老鷹相當的遠古蜻蜓、蟑螂以及其它超型昆蟲的興亡是否與超高的氧含量有關。
遠古昆蟲資料
遠古蜻蜓
巨脈蜻蜓翼展約有2.5英尺（合0.75米），主要靠捕捉其他小型昆蟲及早期由水生轉為水陸兩棲的小型動物為生，是地球上有史以來最大的飛翔昆蟲。
巨脈蜻蜓的翼展達2.5英尺(0.75米)，科學家認為它們主要吃其他會飛的和爬行昆蟲，甚至吃一些更小的早期兩棲類動物(剛開始從海洋移居陸地的動物)。遠古蜈蚣蟲的身體能伸展到8.5英尺(2.6米)，它們可能既吃植物，又吃小型動物。巨型古廣翅鱟Jaekelopterus rhenaniae是其中的佼佼者，它是一種廣翅鱟海蠍子，生活在4.6億到2.55億年前。它可能是以我們的最初的海生祖先為食，也吃它們遇到的其他東西。Jaekelopterus rhenaniae的體長可達8英尺(2.4米)，是進化史上最大的節肢動物。
遠古蜈蚣
遠古蜈蚣蟲的橫寬（從左腳到同排右腳）就有8.5英尺（約合2.6米），主要依靠吞噬植物及小型動物為生。
遠古蜈蚣蟲
遠古蜈蚣蟲遠古蠍類
而迄今為止發現的最大遠古蠍類為上圖展示的廣翅深海蠍。這種深海蠍生活在4.6億至2.55億年前，身長約為8英尺（約2.4米），生性兇猛，在遠古時代為海洋一霸。
據英國《每日電訊報》報導，研究人員在一個採石場發現了一隻比人還要大的海蠍的蠍爪化石，它表明地球過去到處是這種爬行類的龐然大物。
這種又名“傑克”的海蠍據信生活在3.9億年前，鑒於這個爪子大約有半米長，那么這個蠍子估計大約有2.5米長，比先前估計的差不多長出半米。這隻巨大的化石蠍爪證明，古代的節肢動物，包括節肢擁有分節的軀幹、連線的肢和一個堅硬外殼的蜘蛛、昆蟲和螃蟹同，比以前想像的大得多。
布里斯托大學的西蒙-布拉迪教授說：“這是一項驚人的發現。以前我們已經知道化石記錄產生過怪物千足蟲、超大的蠍子、巨大的蟑螂和蜻蜓，我們才意識到這些古代的爬蟲到底有多大。”布拉迪教授在《生物書簡》(Biology Letters)上介紹了這塊蠍爪化石，它是布拉迪的論文合作人馬庫斯-珀斯曼在德國普魯姆(Prüm)附近的一個採石場發現的。這些所謂的板足鱟被認為是現代蠍子已經滅絕的水棲祖先，現代蠍子在後來的進化中長出了螫。
板足鱟可以在水中和陸上呼吸。作為第一種從水中移到陸上生活的動物，它也知道怎樣蛻殼。布拉迪教授說：“它們會聚集到海灘上交配和蛻殼。有時候，在這種大規模扎堆期間，它們會自相殘殺，嗜食同類的記錄由此開始。”海蠍有強大的防衛工具——刺、爪和堅硬的外殼。它們用6條腿行走，後面的兩條成為橈足(扁平附肢)。離開水它們很笨拙，但可以在水中游泳。
至於食物，布拉迪教授說：“傑克喜歡其它的節肢動物，包括它的同胞(不在乎吃同類)，主要是‘葉蝦’甲殼類和早期的無顎魚類(一些人表示長出的‘盔甲’就是為了保護它們不被象傑克之類的天敵吃掉)。”
體型巨大原因
史前那些巨型動物滅絕之謎一直是科學家研究的重點，最新研究稱，數百萬年前巨型飛行昆蟲的出現和衰落，或許與在水中呼吸的它們的幼蟲能夠獲得的氧氣數量有關。
石炭紀不僅僅是巨型昆蟲的時代，也是昆蟲開拓天空的時代，直到今天，昆蟲仍舊是唯一有飛行能力的節肢動物。某些科學家認為本文開初提到的昆蟲有可能具有飛行能力，但畢竟沒得到化石的確認。比較公認的飛翔能力還是被認為是在3.2億年前出現，不考慮前面提到的沒發現翅膀的“可能有飛翔能力”的古老昆蟲，目前被公認最早飛上天空的是蜻蜓。
長期以來，科學家們都猜測，也許是大氣中氧氣含量的變化在它們的興亡中起了關鍵作用。古生物學家開始探究這些大小與現今的老鷹相當的遠古蜻蜓、蟑螂以及其它超型昆蟲的興亡是否與超高的氧含量有關。
英國普利茅斯大學海洋學與工程學院的大衛-比爾頓博士參與了這項研究，他說：“史前時期，更高水平的氧氣通過對它們的幼蟲產生影響，可能助長了巨型昆蟲的進化，很多已經滅絕的龐然大物都要經歷水棲幼蟲階段，這可能並非偶然。”該研究成果發表在《公共科學圖書館》上，比爾頓及其聯合論文作者威爾克-威爾伯克在文章中指出，水棲昆蟲幼蟲對氧氣水平的起伏波動，比在空中呼吸的陸棲成蟲更敏感。
儘管以前科學家也曾提出氧氣水平同巨型昆蟲之間有聯繫，但是並沒有人提供可以證明它們之間是如何聯繫在一起的確鑿證據。該研究主要著眼於石蠅，它稱，蜻蜓、石蠅和蜉蝣等水棲幼蟲直接從水裡獲得氧氣，而水體裡的氧氣遠比空氣里的少。而且幼蟲從水裡獲取氧氣的效率也遠比在空中呼吸的成蟲更低。科學家稱，因此它們可能對可用氧氣的變化更敏感，氧氣塑造昆蟲體型大小的作用，或許對水棲幼蟲尤為重要，它決定了昆蟲身體生長的上限。
巨型昆蟲是涉及到遙遠過去的科幻故事裡的一大特色，以巨型蜻蜓為特寫的麥可-克瑞奇頓的小說《侏羅紀
巨型遠古昆蟲公園》，產生了票房收入高達數百萬美元的電影巨製。科學家認為，記錄顯示翼展長達75厘米的這種巨型昆蟲，生活在大約3.54億到2.9億年前的石炭紀時期。威爾伯克說：“迄今為止，了解生活在過去的巨型昆蟲的嘗試，主要是通過觀察(化石)陸棲成蟲來實現。而我們的工作表明，通過幼蟲解決史前巨人症的問題，或許有助於我們更好地了解氧氣是如何限制昆蟲的身體大小的。”
遠古時代，地球大氣層中氧含量遠遠超出了今天的標準，而古生物學家通過化石標本得知遠古時代的昆蟲體積普遍大於現代。為什麼古代的昆蟲會如此巨大？科學家猜測這有可能與當時的大氣含氧量有關，昆蟲是通過它們身體上的氣孔系統來“呼吸”的。氣孔連著氣管，而且由上往下又附著更多層的越來越小的氣孔，由此把氧氣送到全身。在現今的氧氣水平下，氣孔系統的總長度已經達到極限；超過這個限度，氧氣的水平就會變得不夠。因此該構造可以有效地決定昆蟲的形體大小。石炭紀時代的大氣氣壓也確實比現今要高。
高濃度氧氣環境中，大個頭的昆蟲就有進化上的優勢，它們可以獲得更多的氧氣。對海洋中的無脊椎動物的研究也發現，在更冷和氧氣含量更高的水體中，那裡的生物體積也更大。通過對果蠅的研究發現，有的果蠅在高氧環境中體型增大，有的並沒有。但在氧氣含量高、氣壓也高的環境下，接受試驗的果蠅生活到第五代，身體尺寸增長了20%。這是因為較高的大氣壓會使氧氣更多地進入昆蟲體內。
正方 高氧濃度造就了古代巨型昆蟲
石炭紀地球大氣層中氧氣濃度高達35%。不久前，美國耶魯大學生物學家羅伯特·貝爾納等人發表的一項古氣候研究肯定了這個猜測。
研究者在報告中指出，石炭紀時地球大氣層中氧氣的濃度高達35%，比現今的21%要高很多。許多節肢動物是通過遍布它們肌體中的微型氣管直接吸收氧氣，而不是通過血液間接吸收氧氣，所以高氧氣含量能促使昆蟲向大個頭方向進化。
這些認識來源於對遠古大蜻蜓的飛行機制的研究。科學家們長期認為，那樣巨大的蜻蜓只能滑翔而不可能飛。航空工程師羅伊·貝克邁爾指出：“很明顯，它們是能飛行的。”其中關鍵條件之一是它們的翅膀可以擺動、彎曲和扭轉。現代蜻蜓就是靠彎曲和扭轉它們的雙翅來上升和前進的。
化石資料表明，古蜻蜓的雙翅上有類似於現代蜻蜓的褶皺結構，現代蜻蜓能扭動外部的翅膀，而古蜻蜓可以緩緩地扭動全部翅膀，所以它們也許不會飛得太快，但還是能飛的。
但是那么巨大的昆蟲，就算是緩慢的飛行也會因肌肉運動而產生大量熱量。因此，古代蜻蜓一定得有排出自身熱量的途徑，不然它們會被自己的體溫烤死。這一點是美國拉特格斯大學的昆蟲學家麥可·梅最先指出的。
科學家發現，現代蜻蜓和其它昆蟲一樣，體內有一種叫血淋巴的體液（即無脊椎動物的血）在它們整個身體中循環流動。當它們太熱的時候，會增加腹部血淋巴的流量，它們的腹部既長且薄，可以通過對流，散去多餘的熱量。這就像汽車的冷卻系統把熱量從發動機處帶走一樣。
儘管還沒有找到直接證據，但梅認為很可能古代蜻蜓也有類似的機制，使它們能長時間飛行而不至於過熱。之所以沒有找到直接證據，是因為化石通常只保留下骨骼材料。
反方 體型與氧氣含量也許並沒有必然聯繫
昆蟲通過各種技能適應氧氣濃度的變化。
雖然貝爾納等人的分析很精彩，但一些科學家還是心存疑慮，甚至有的還提出了截然相反的結論。
巨型遠古昆蟲
巨型遠古昆蟲為探究昆蟲體型大小變化的根源，亞利桑那大學的昆蟲研究員喬恩·哈里森和他的同事在不同的含氧量環境中餵養了蝗蟲、米蟲、果蠅以及其他昆蟲，並對它們的大小進行測量，以解答遠古地球的高氧大氣是否與古代巨型昆蟲的進化有關。
哈里森他們起先認為個體較大的昆蟲在含氧量較低的環境中生存更困難，然而結果卻不是如此。例如，小蝗蟲在低含氧量環境中尤其是氧氣濃度低於15%的環境中就無法生存，而成年蝗蟲則可以在2%的氧氣含量環境中生存下來。
哈里森在美國地質協會與加拿大地質聯合大會上表示，在初步實驗中，他們將一些與自己祖先一樣都沒有呼吸器的現代昆蟲放在富氧環境中，結果發現較高的氧氣含量並不必然產生較大的個體，而較低的氧氣含量也並沒必然會產生較小的個體。
哈里森解釋說，昆蟲通過各種各樣的技能來適應氧氣濃度的變化。這些技能包括增大氣孔和增加進入身體的新鮮空氣量等。而在這些昆蟲中，有的更善於增加吸入的新鮮空氣量，有的則更善於擴大氣孔的大小。也正是因為這些原因，使得他們對所研究的問題有了不同的答案。
昆蟲體型大小是否與氣壓高低有關。
哈里森說：“我想問的是為什麼現代昆蟲的個體都如此小？”過去，研究人員猜想，與現今大氣含氧量為21%相比，石炭紀時期大氣含氧量達到35%，在這種環境中，更容易產生大型昆蟲。而哈里森的研究卻發現，體型與氧含量也許並沒有必然聯繫。
那么，昆蟲體型大小是否與氣壓高低有關？
與此同時，耶魯大學古生物研究生約翰·凡登·布魯克斯也在鱷魚身上進行了相同的實驗。試圖找到在二疊紀時期高達30%的氧氣含量環境是否會在生活其中的動物骨骼中留下任何線索。結果發現，在一定的高氧含量環境中生活的鱷魚個頭更大。但氧含量超過27%或28%時，這種變化就不那么明顯了。布魯克斯還打算在下一步實驗中，將虹鱂放在不同氧含量的環境中餵養，並觀察在數代之後有什麼變化。
此外，科學家通過對果蠅的研究發現，有的果蠅在高氧環境中體型增大，有的並沒有。但在氧氣含量高、氣壓也 高的環境下，接受試驗的果蠅生活到第五代，身體尺寸增長了20%。難道氣壓的高低也與昆蟲大小有關？
這些實驗結果的不一致不能不讓人對先前的猜想產生疑問：氧氣是否真的造就了古代巨型昆蟲？遠古時代的巨型昆蟲的滅亡果真是大氣中氧氣濃度減小導致的嗎？對這些問題的解答，看來還得有更加充分的證據才行。
