问题

海豚和鲸鱼的呼吸孔怎么进化到头顶上去的?

回答
海豚和鲸鱼的呼吸孔,也就是我们通常说的“喷气孔”,进化到头顶上这个过程,简直是大自然最鬼斧神工的杰作之一。想象一下,它们可不是一夜之间就变了样的,而是经过了漫长、曲折、又充满智慧的演变。

这事儿得从它们的陆地祖先说起。没错,别看海豚和鲸鱼现在是海洋里的游泳健将,它们的祖先曾经也是生活在陆地上的哺乳动物,跟马或者鹿差不多。那时候,它们鼻子跟我们一样,长在脸的前面。

你想啊,它们还住在陆地上的时候,鼻子就是鼻子,用来呼吸空气。但是,后来有一部分祖先不知道是出于什么原因,开始往水里钻,可能是为了躲避捕食者,也可能是发现了水里有更丰富的食物。随着它们在水里待的时间越来越长,适应能力也越来越强,它们的生活方式就发生了根本性的变化。

在水里生活,鼻子长在前面就太不方便了。每次呼吸,都得把整个脑袋探出水面,才能吸一口气。这就像你在游泳池里,每次换气都得把头仰得老高,是不是又费力又慢?更别提那些大型的鲸鱼了,如果鼻子还在前面,每次呼吸就要带动整个庞大的身躯浮出水面,那得多消耗多少能量啊!而且,如果在水里的时候不小心张开嘴巴吸气,岂不是把水也一起灌进去了?后果不堪设想。

所以,为了在水里更高效地生存,鼻子就得想办法挪个位置。最开始,可能只是稍微往上移了一点点,让它们在水里游泳的时候,只要露出一点点嘴巴或鼻子就能呼吸。就像我们有时候在水里憋气,憋不住了就稍微张张嘴巴,赶紧吸一口气。

然后,随着时间的推移,这些“半水生”的动物,逐渐变得越来越适应水下生活。那些鼻子位置稍微靠上一点的个体,在生存竞争中就更有优势。它们能更长时间地待在水下,捕食更方便,逃避危险也更有效。这样一来,有利于鼻子靠上的基因就更容易被传递下去,代代相传。

这个过程就好像在进行一场漫长的“优胜劣汰”的自然选择。每一个微小的变化,只要对生存有利,都会被保留下来,然后一点点累积。鼻子的位置不断向上迁移,同时,鼻孔的开口方式也发生了改变。

你可能会注意到,海豚的喷气孔是中间一个,而须鲸(比如蓝鲸、座头鲸)是两个。这其实也跟它们的祖先有关。据推测,拥有两个鼻孔的鲸类祖先在向水里适应的过程中,它们的鼻孔可能逐渐向中间靠拢,最后融合或者保持了两个开口。而海豚的祖先,则可能是在进化的某个阶段,它们的鼻孔就向中间靠拢并最终融合成了中间一个,这可能与它们更擅长用头部进行一系列复杂的捕食和交流行为有关。

同时,为了防止水进入呼吸道,它们的鼻孔也进化出了特殊的“盖子”。这些“盖子”能够非常灵活地关闭,只在需要呼吸的时候才打开。想象一下,就像是给鼻子安装了一个精密的水下开关。

就这样,经过数百万年的演变,海豚和鲸鱼的祖先,它们的鼻子一步步地“爬”到了头顶上。这个过程不是盲目的,而是与它们的生活方式——也就是在水中生存——紧密结合的结果。鼻子长到头顶上,这使得它们在水中移动时,只需身体微微浮起,就能非常高效地完成呼吸动作,而且几乎不会吸入水。这对于它们在深海里遨游捕食,或者在水面上进行各种优雅的跳跃和翻滚,都至关重要。

所以,下次看到海豚或鲸鱼喷水时,不妨想想它们鼻子位置的来龙去脉。那不仅仅是一个喷气孔,更是它们家族与海洋搏斗、适应海洋、最终征服海洋的漫长旅程的见证。这就像是你看到一座宏伟的建筑,你知道它不是凭空出现的,而是由无数块砖石,经过精心的设计和巧妙的建造,一点点搭建起来的。海豚和鲸鱼的呼吸孔,就是大自然这位最伟大的建筑师,用生命和时间雕琢出来的奇迹。

网友意见

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今天的鲸类分为须鲸亚目和齿鲸亚目,它们的鼻孔都是长在头顶上的,而不是背部的。

图注:今天海洋中的鲸类,图片来自网络

我们都知道鲸类的祖先是生活在陆地上的小型哺乳动物,它们进入海洋之中,经过5000多万年的演化,最终成为今天海洋中最常见最多样的海生哺乳动物家族。

图注:鲸类演化简图,图片来自网络

巴基斯坦鲸(Pakicetus)是已知最早的鲸类之一,这种生活在5000万年前的动物看上去就像是一条狗,拥有长长的四肢,身上长着毛发。仔细观看巴基斯坦鲸,你会发现它的鼻子在脑袋前段,就像今天的哺乳动物一样。因为巴基斯坦鲸的鼻孔在嘴巴前段,所以它们游泳的时候应该像今天的狗一样,画风是这个样子的:

图注:巴基斯坦鲸的复原图,图片来自网络


随着鲸类逐渐进入海洋之中,并且适应了海洋生活,其鼻孔逐渐移到了脑袋顶上,下面的原鲸和龙王鲸的复原图可以看到鼻孔正处于上移的阶段之中。

图注:原鲸,图片来自网络

图注:龙王鲸复原图,图片来自网络

以上介绍的古鲸类都是与古鲸亚目,而今天海洋中的须鲸亚目和齿鲸亚目都是由古鲸亚目进化而来的,时间在渐新世中期,大约3000万年前左右。从今天须鲸亚目和齿鲸亚目鼻孔位置像似来看,它们的共同祖先应该已经出现了位于头顶之上的鼻孔,也就是大约在须鲸亚目和齿鲸亚目从古鲸亚目之中分化出来之前,鲸类就已经完成了把鼻孔从嘴巴前段移到头顶的过程,这个过程大约持续了2000万年的时间。

图注:古鲸类的演化,图片来自网络

鲸类将鼻孔从嘴巴前端移到头顶上并不仅仅是位置的变化那么简单,今天的陆生哺乳动物食道和气管都是相通的,所以如果我们的鼻子因为感冒堵塞了,还可以用嘴巴呼吸。除了呼吸之外,我们的鼻子还有嗅觉功能。鲸类就不一样了,由于它们鼻孔位置的变化以及为了适应海洋生活做出的改变,气管和食道完成了分离,鼻孔直接与肺部连接,食道与消化系统连接,所以鲸类的鼻子只用于呼吸却不能用于闻气味。

为了更好地在海洋中生活,鲸类位于头顶的鼻孔的确比位于脑前段更有效率也更安全。在鲸类鼻孔的下面有一组强健的肌肉,能够在鲸类潜水的时候将鼻孔完全闭合,避免出现呛水的风险,食道和气管的分离也保证了鲸类在海洋中捕食不会呛水。

图注:呼吸喷水的蓝鲸,图片来自网络

图注:呼吸喷水的灰鲸,图片来自网络


最后说两点关于鲸类鼻孔的小知识:第一,所有的须鲸亚目依然长有两个鼻孔,而所有的齿鲸亚目只剩下了一个鼻孔;第二,我们通常看到鲸类浮出水面喷出的水雾并不是它们鼻子里的水,而是留在鼻孔“坑”里的积水在高速喷出的气流作用下形成,这样也是为了避免这些水进入鼻孔,提高呼吸安全性和效率。

图注:有一对鼻孔的蓝鲸(须鲸),图片来自网络

图注:只有一个鼻孔的虎鲸(齿鲸),图片来自网络

图片来自网络,侵删

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