问题

为什么恐龙灭绝后再无产生这么大型的物种?

回答
这个问题很有意思,它触及到了生命演化史上的一个重要节点,也是一个科学界持续探索的课题。恐龙灭绝后,地球生命确实进入了一个新的阶段,而为什么再也没有出现像它们那样体型的巨兽,背后涉及一系列复杂的生态、环境和生物学原因。

首先,我们需要明白,恐龙并非一夜之间集体消失的。它们是在白垩纪末期大约6600万年前,经历了一个相对漫长的灭绝过程,最终导致绝大多数恐龙以及海洋和空中许多大型生物的消失。而触发这场大规模灭绝的,目前最为主流的科学观点是小行星撞击地球。这次撞击在墨西哥尤卡坦半岛留下了巨大的希克苏鲁伯陨石坑,其威力足以引发全球性的灾难。

想象一下,一颗直径约10公里的小行星以惊人的速度撞击地球,瞬间释放的能量相当于数亿颗原子弹。这会引发什么?

巨大的冲击波和热辐射: 撞击点周围的岩石瞬间汽化,产生毁灭性的冲击波和高温,瞬间摧毁大片区域的生命。
全球性火灾: 撞击产生的热量点燃了全球范围内的森林,滚滚浓烟遮天蔽日。
“核冬天”效应: 撞击扬起的巨量尘埃和烟灰遮蔽了天空,阻挡了阳光。阳光是植物进行光合作用的唯一能量来源,阳光的缺失导致全球植物大量死亡,食物链的基础彻底崩溃。
酸雨和气候剧变: 撞击也释放了大量的硫化物到大气中,形成强烈的酸雨,进一步破坏生态系统。全球气温也经历了剧烈的波动,先是短暂升温,然后是长期的寒冷期。

在这种极端恶劣的环境下,生命能否维持?尤其是那些需要大量食物、对环境变化极其敏感的大型动物。

恐龙为何会灭绝,与它们成为“巨兽”的特性息息相关:

1. 庞大的体型需要巨大的食物需求: 像腕龙、梁龙这样的巨型植食性恐龙,每天需要吞食成百上千公斤的植物。当植物因阳光被阻挡而大面积死亡时,这些庞然大物的食物来源瞬间消失。它们无法像小型动物那样快速改变食性,也无法迁移到食物充足的地方。
2. 生理限制和繁殖难度: 巨大的体型也意味着更高的能量消耗、更长的生长周期和更低的繁殖率。在资源极度匮乏的环境下,它们难以维持生存和繁衍。
3. 特定环境的适应: 恐龙在白垩纪时期,地球的气候普遍温暖湿润,植被茂盛,这为它们的大型化提供了良好的环境基础。当环境剧变,不再适合它们时,它们就显得无所适从。

那么,为什么灭绝后就没有再出现类似的“巨兽”了呢?这又牵涉到一系列新的环境和生态格局:

1. 哺乳动物时代的开启与“小巧求生”策略: 恐龙灭绝后,地球生态系统经历了一个漫长的恢复期。在这个过程中,一些之前生活在恐龙阴影下、体型较小的哺乳动物抓住了机会,它们凭借一些关键的优势开始繁衍壮大:
适应性强、食性多样: 许多早期哺乳动物是杂食性或食虫性,它们对食物的依赖性较小,能够适应更加严酷的环境。
夜行性: 一些哺乳动物选择夜间活动,避开了白昼的捕食者和潜在的危险。
繁殖速度快、保温能力强: 哺乳动物通过胎生和哺乳来哺育幼崽,并且体温恒定,这在气候多变的时期具有优势。它们的小体型也意味着更快的繁殖速度,能够更快地适应环境变化。
灵活的运动和智慧: 哺乳动物的四肢通常更加灵活,能够快速奔跑、攀爬,它们的运动方式比恐龙更加多样化,这有助于它们寻找食物和躲避危险。同时,它们的大脑相对恐龙而言,在后来的演化中占据了更重要的地位。

2. 食物链的重塑与竞争格局的变化: 恐龙灭绝后,地球的食物链被彻底打乱。没有了大型植食性恐龙的巨大压力,植物得以缓慢恢复。而早期哺乳动物的体型限制,也意味着它们无法像恐龙那样对植被造成毁灭性的破坏。同时,新的捕食者也在演化,例如早期的犬科和猫科动物,但它们的体型也受到了一定的限制。

3. 气候和环境的限制: 恐龙所处的白垩纪末期,尽管气候有波动,但整体上仍属于相对温暖的时期,为大型生物的生存提供了较好的条件。而在随后的新生代,地球气候经历了多次冰期和间冰期的交替,整体上变得更加寒冷和多变。这种剧烈的气候波动对大型动物的生存构成了更大的挑战。体型庞大的动物通常对环境变化更为敏感,需要更稳定的食物来源和适宜的温度。

4. 能量消耗和效率问题: 想象一下,一个需要消耗巨大能量的生物,在一个食物链相对“扁平”且能量流动效率不高的生态系统中,是很难长期维持的。恐龙的大型化可能是对当时特定生态位的一种极致利用,但一旦环境改变,这种“极致”就变成了脆弱。

5. 演化并非总是追求“大”: 生命的演化是一个复杂的权衡过程,并非所有方向都朝着“更大”迈进。体型并非唯一的成功指标,适应性、繁殖能力、生存策略等等同样重要。事实上,在很多时期和环境中,体型较小的动物反而更能适应变化,也更容易在资源有限的情况下生存和繁衍。

举个例子,我们现在看到的地球上最大的陆地动物是亚洲象,它们的体重通常在46吨之间,而一些最大的恐龙,如阿根廷龙,估计体重可以达到70吨以上。即使是相对“小型”的肉食性恐龙,如迅猛龙,体型也比现代最大的陆地食肉动物如狮子、老虎要大得多。

总而言之,恐龙的灭绝是由于一个突如其来的、毁灭性的外部事件。而之后地球生命再也没有产生同等体型的巨兽,则是多种因素共同作用的结果:既有早期哺乳动物“小巧求生”的演化策略成功,也有新生代气候的剧烈变化,以及生态系统中能量流动和竞争格局的改变。地球的演化并非是简单的重复,而是不断适应和重塑的过程。恐龙的时代已经过去,而哺乳动物,包括我们人类,则在这个新的舞台上扮演着主角。

网友意见

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感谢指点与启发@云舞空城 。但反对拿三叠—侏罗与石炭—二叠气候变化作为反例。这两个时代与本问题毫无关系。

三叠—侏罗,和石炭—二叠确实气候变化幅度大,然而问题是,这两个时代有巨型生物吗?

然而早侏罗纪恐龙也就这么大:

中国,禄丰组,普连斯巴奇阶,1.9亿年前:


来一个新生代巨头作为参照:

巨型恐龙存在的上侏罗到白垩纪土伦阶之间,有巨大幅度的宏观气候变化吗?

从气候变化角度上讲你确实反对的很对,然而我用新生代对比的是巨龙时代而不是整个中生代,因为题主问的不是气候问题是生物问题。。。


其实,土伦阶(9000万年)之后,除了北美马斯特里赫特阶最后时期出现巨型恐龙外,恐龙在白垩纪最后两千多万年当中体积也不是很大。

非洲马斯特里赫特阶最大两种恐龙与单峰驼的对比:



中国马阶恐龙体型:

黑龙江:
广东:


反对@云舞空城 关于超短期气候周期对于生物面貌影响不大的看法:


为什么,因为环境与动物的关系是动物适应环境,环境塑造动物。动物本身是被环境塑造的,除热带雨林生物外,基本没有动物会在短期气候指数跳动中灭绝。气候变化频率本身对动物的影响,是决定生态位分化程度,气温稳定生态位细化,气候不稳生态位泛化。

本文以如下生物演化史的重要节点为例,论述与宏远气候变化与微观气候变化对生物的影响。


1:宏观气候变化导致种群更替:森诺曼—土伦阶温室事件导致的恐龙种群更替。

2:微观气候变化导致适应辐射:地理分割与火山活动的频繁气候变化,导致恐龙在科尼亚克阶—桑托阶小型化与多样化。

3:宏观变化导致种群更迭与微观变化导致生态位泛化同时发生:马斯特里赫特阶恐龙多样性减少与巨型化。

4:宏观气候变化导致的更替:始新世降温事件导致的大规模灭绝。

5:微观气候变化导致的生态位泛化:新近纪的泛化生态位。

最后,我从不否认白垩纪存在剧烈乃至相对剧烈的气候波动。但是我从生物学角度反对认为白垩纪宏观气候波动幅度不小于新生代的看法。

如前文所述,宏观气候变化导致种群更替。而白垩纪小灭绝的规模远没有新生代小灭绝规模大。始新世大降温导致的是几乎是大灭绝。

这种准大灭绝在上侏—白垩纪没有在陆地出现过,即使是森诺曼阶—土伦阶灭绝事件也没有达到始新世灭绝的程度。哺乳类与恐龙作为进化层次相当的生物,难以想象同样规模的气候变化会导致不同的结果。



介于原答案引发争议,那么把时间前溯到白垩纪,从白垩纪开始,重新写一下。

先说复原的放卫星问题。蜥脚类恐龙由于体积巨大,完整成体化石极为罕见,较为完整的正模标本一般是幼体或者亚成体。蜥脚类一颗又一颗大卫星,就是拿成体的两块骨头,按幼体的比例去推算出来的。加上新闻媒体和博物馆也乐于见到放卫星,攀比风气起来后,复原精确度可想而知。

类比一下:拿姚明的腿骨按照郭敬明的身体比例去复原人类的话,人类恐怕能跟霸王龙过两招。。

说完了复原问题后,解决氧气问题,一般认为中生代氧气含量较低,巨龙时代比新生代略低。

地质史氧气含量变化图:


然后进入正题:

真正意义上巨型动物时代在恐龙灭绝前就已经结束了。准确的说,在9000万年前就已经结束了。之后9000万年中,就没几种平均体重超过20吨的陆地生物(挤掉卫星的水)。

白垩纪气候变化图:

鸣谢 @云舞空城


如图,浅棕色的横杠,是发生在森诺曼阶晚期的白垩纪第二次大洋缺氧事件与中白垩纪温室事件。不仅造成了鱼龙的灭绝,伴随着大规模的海侵侵占了陆地恐龙栖息地,还造成了相当大的一次陆地生物灭绝事件。棘龙,鲨齿龙,泰坦龙的巨型种类在森诺曼阶灭绝。棘龙与鲨齿龙整体在土伦阶灭绝,泰坦龙自此严重衰落并呈小型化发展趋势。

下图为泰坦龙谱系图:

可见除了三条中国龙和萨尔瓦龙外,泰坦龙在土伦阶全灭,仅萨尔瓦龙一系延续到马斯特里赫特阶。顺便提一句,腕龙也在桑托阶灭绝,没有延续到坎帕阶。


梁龙至此全灭:



在森诺曼阶—土伦阶灭绝事件之后,在坎帕阶海退之前,是没有条件产生巨型恐龙的。以巨型恐龙为食的异特龙超科,在森诺曼—土伦阶遭受重大打击后,在科尼亚克阶没有复兴,而是走向彻底的灭绝:

异特龙超科谱系:



而坎帕阶是一个火山活动频繁的时期,大气候和小气候变化比较无常,海退和海侵交替发生,很明显也不是一个属于巨型生物的时代(挤掉卫星的水)。

马斯特里赫特阶一开始,在各个孤岛上憋了上千万年的龙在海退后重新厮杀,辅以更加猛烈的火山活动和变幻的气候,开门就来了一场小灭绝,并将持续整个马阶。

角龙家族在坎帕—马阶灭绝中的损失:

就整个马阶而言,恐龙多样性是下降的,大量恐龙在离小行星撞击一两百万年时灭绝。伤齿龙,霸王龙,三角龙等少数几种恐龙繁殖到惊人的数量。最令人诧异的是,马阶最后时期才出现了巨型的霸王龙,阿拉莫龙,三角龙等恐龙,也就是说如果没有马阶末期的一批巨龙,白垩纪中期灭绝事件就可以视为巨龙时代的终结了。巨型化紧跟着K/T事件,恐龙两千多万年后再次巨型化就这样噶然而止。


新生代的气候从宏观尺度上来讲,大体上是从古新世—始新世极热事件后,至始新世末,进化出以雷兽为代表的大型化生物。始新世末,0.5MA内发生了急剧的降温,所有大型生物灭绝。

渐新世初期生物群落小至以啮齿目和兔形目为主,随后,各种哺乳动物逐渐大型化,进化出以巨犀为代表的巨型生物。

然而进入新近纪后,在早中新世一次剧烈升温后,紧接着就是中中新幅度堪比始新世—渐新世的的急剧降温。大型生物再次灭绝。随后就是以气候震荡的新近纪。一路震荡下行至第三次大冰期。而低温水平线上的震荡直接影响有效积温,对植被的影响远比高温水平线上的震荡要大的多。

换句话说,由于气温水平低,新近纪气候波动直接影响植被,而不像白垩纪时以海侵海退的形式影响陆地生物。

新生代环境变化频率很高,导致生态位分的很粗略,很不利于特化物种的形成和延续。而巨型化这种典型的特化,在新生代是很不吃香的进化策略,往往是刚走上巨型化之路就赶上气候变化。

如图(示意,不精确),地球在新生代对生物很不友好,可见古近纪的大幅度变化,和新近纪在低积温下的波动:

此图鸣谢 @云舞空城



正因为新生代对特化物种不友好,人类这种机会主义泛化适应的物种才得以一步一步走到今天,如果生在中生代这种气候稳定的时代,会有一大堆占据细分生态位的物种从各个方面把人类祖先挤压到灭绝。

人类很特殊,是特化也是泛化。是特化的最高境界,既形态特化,适应泛化。但是如果没有新生代打摆子式环境变化,那些占据细分生态位的物种是不会给人类形态特化的时间的。

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有一个关键因素,大部分人只思考氧含量、温度却忽视了这个关键因素,也可以说是直接因素。

物理条件是一个基础,但物种进化往往有一个直接推动力,那就是生存竞争。而一个物种如果要依靠巨大的体型生存,那么首先在其进化出这么大的体型前,中等体型并不占优势,特别是其他方面没有长处的时候。

而人科人属的各个物种的出现,突然增加了进化出巨大体型的不利因素。非鸟恐龙灭绝也就六千五百万年前而已,相比于地质年代,这真是距今时间太紧了。

在这样短的时间内,但凡是体型巨大化演化的物种要么是死在了人类出现前,即本来按照自然的物种竞争规律,肯定会有大型化物种被淘汰,但在生物进化长河上没有足够的时间进化出种类足够多的巨型生物;要么就是死在了人类出现後,这个就好理解了,面对人类自身优质的体能、聪明的大脑和先进的工具,体型巨大毫无意义。如果人类进化出更适合游泳的器官、鲸早就灭绝了。

如果人类再晚一些明白保护生态的意义,哪怕晚一百年、估计世界上就很难找到体型比人类大的生物了。

人类自身已经成了一种生态环境要素。

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