現(xiàn)代海洋生物為何難以遷居陸地？

張守忠

但凡有點(diǎn)生物學(xué)知識(shí)的人都知道這樣一個(gè)基本事實(shí)：所有陸地生物均來(lái)自于海洋。那么現(xiàn)代海洋生物為何難以登陸呢?

登岸的少部分海洋生物造就了內(nèi)陸的繁榮

現(xiàn)有證據(jù)表明，無(wú)論是植物還是動(dòng)物都起源于海洋。海洋動(dòng)物的起源時(shí)間雖然還存在著諸多爭(zhēng)議，但據(jù)估計(jì)應(yīng)該在7億～8億年前這段時(shí)間。在中奧陶紀(jì)時(shí)期，也就是大約在4.6億年前，真菌(最古老的多細(xì)胞陸地生物)就已經(jīng)從大海移居陸地了。在接下來(lái)的1.4億年時(shí)間里，其他各種生物也紛紛遷居陸地，從而在陸地上產(chǎn)生了脈管植物、倍足綱節(jié)動(dòng)物、昆蟲、蜘蛛、蝎子、陸生蝸牛以及早期的兩棲動(dòng)物和爬行動(dòng)物。

生存位置法則阻礙了生物的進(jìn)化轉(zhuǎn)移

大部分生物群要么生活在海洋中，要么生活在陸地，沒(méi)有二者相兼的。極少部分生物種群從水中移向陸地，或從陸地移居水中，在海洋和陸地之間實(shí)現(xiàn)成功轉(zhuǎn)移的生物種群是非常稀少的。

為什么地球上只有一少部分生物能夠在海洋和陸地之間進(jìn)行進(jìn)化轉(zhuǎn)移呢?最直接的一種解釋是海洋動(dòng)物和陸地動(dòng)物對(duì)空氣和水的物理要求不同，受到這些物理?xiàng)l件的限制。例如：重力被認(rèn)為是陸地上一種無(wú)處不在的力，但這種力在水中就被大大減弱了。再如，在空氣中呼吸要比在水中呼吸更快一些。這些因素說(shuō)明，幾乎每一種生命體，其物理要求都是不一樣的，對(duì)兩種生存環(huán)境的適應(yīng)能力也常常存在較大差異。但這一解釋仍不充分。如果說(shuō)水和空氣之間的物理差異是造成陸地生物難以大量重返海洋的唯一原因，那么按照這一理論，陸地和淡水水域之間的生物遷移活動(dòng)同樣難以進(jìn)行，但事實(shí)恰恰相反，目前在淡水湖泊、河流中棲息著45000多種昆蟲，這意味著在歷史上至少發(fā)生過(guò)數(shù)百次陸地昆蟲遷移活動(dòng)。

怎樣解釋這一現(xiàn)象呢?科學(xué)家想到了一條法則，即生存位置法則。物理差異不是造成生物難以從一種環(huán)境轉(zhuǎn)移到另一種環(huán)境中去的唯一因素，還有另一種原因，這就是，早來(lái)者占據(jù)了有利的生存空間位置，從而阻礙了其他生物的進(jìn)入，使后來(lái)者難以在新環(huán)境里獲得立足之地。

生存位置法則是如何阻礙其他生物進(jìn)行遷徙活動(dòng)的呢?為了能成功地在一個(gè)新環(huán)境里生存，“入侵者”必須具有與原來(lái)的居住者，也就是“原居民”。進(jìn)行強(qiáng)力競(jìng)爭(zhēng)的能力，因?yàn)椤霸用瘛苯?jīng)過(guò)長(zhǎng)期適應(yīng)性進(jìn)化，已非常適應(yīng)當(dāng)?shù)氐奈锢砗蜕鷳B(tài)環(huán)境了。在中奧陶紀(jì)以前，陸地的生態(tài)系統(tǒng)還是非常單一的，那時(shí)統(tǒng)治這個(gè)世界的生物主要是微生物，它們無(wú)法與來(lái)自海洋的體形更大的動(dòng)植物進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng)。但到了泥盆紀(jì)時(shí)期(大約在3.5億年前)陸地生態(tài)系統(tǒng)就變得異常復(fù)雜了，那時(shí)有了最早的森林和許多動(dòng)物種類，隨著占領(lǐng)者群落的不斷建立、鞏固，它們已能阻止大種類海洋生物的入侵了。

陸地動(dòng)物憑借生理優(yōu)勢(shì)入侵海洋

到了二疊紀(jì)時(shí)期(大約在2.6億年前)入侵方向發(fā)生了變化。四足動(dòng)物的新陳代謝能力已經(jīng)超過(guò)了海洋魚類的新陳代謝能力。新陳代謝的快慢對(duì)生物的進(jìn)化究竟有何影響呢?一般來(lái)說(shuō)，在食物充足的情況下，具有較高新陳代謝能力的動(dòng)物可以長(zhǎng)得更快，能以更快的速度聚集和保護(hù)更多的食物資源，與新陳代謝速度較慢的動(dòng)物相比，能拿出更多的能量來(lái)保護(hù)自己以及后代。當(dāng)然，那些具有高能量?jī)?chǔ)備的陸地動(dòng)物要想在海洋中為自己謀得一席之地，仍然有很多障礙需要克服，但至少在二疊紀(jì)時(shí)期，它們已占據(jù)了一個(gè)有利的競(jìng)爭(zhēng)位置。

值得注意的是，在淡水生態(tài)系統(tǒng)中，這種生存障礙要比海洋生態(tài)系統(tǒng)少得多，部分原因可能是由于海洋中生活著幾種食肉性動(dòng)物種群，如棘皮動(dòng)物和頭足類動(dòng)物，而在淡水水域，食肉動(dòng)物則要少得多。另外許多小型水體和內(nèi)陸咸水湖泊缺少魚類和其他食肉動(dòng)物。這種安全的生存環(huán)境于是就成為陸地動(dòng)物的入侵場(chǎng)所，成為它們逐漸適應(yīng)水體生活所必須的訓(xùn)練場(chǎng)。

四足動(dòng)物究竟憑借什么本領(lǐng)能夠如此頻繁和高效地重返水體中生活呢?四足動(dòng)物不像海洋昆蟲和其他節(jié)肢動(dòng)物那樣必須躲到海邊巖石縫隙中討生活，或躲到自造的氣泡中以免淹死，它們一旦進(jìn)入水中仍能活動(dòng)自如，雖然有時(shí)免不了要浮到水面來(lái)呼吸，它們?cè)谛颅h(huán)境中仍能自如地覓食和發(fā)揮其他至關(guān)重要的生命功能。在遙遠(yuǎn)的過(guò)去，入侵者正是憑借它們較快的新陳代謝能力才得以在新環(huán)境中繁衍生息，因?yàn)樾袆?dòng)緩慢的原居民——甲殼動(dòng)物、棘皮動(dòng)物、軟體動(dòng)物以及魚類都無(wú)法有效地抵御它們的入侵。今天入侵者的后代們?cè)诤Ｑ笊鷳B(tài)系統(tǒng)中仍占據(jù)著統(tǒng)治地位。憑借著種類優(yōu)勢(shì)，鯨魚成為海洋中的新霸主，它們既吃浮游生物、鱗蝦、魚類這樣的海洋生物，也吃海豹、企鵝等與它們一樣的遷居者。海豹和海鳥也是食肉動(dòng)物，它們?cè)谑澄镦溨械奈恢媒咏陧攲?。綠海龜和海牛則是胃口極好的食草動(dòng)物。即便如此，這些重返海洋的四足動(dòng)物與種類繁多的陸地四足動(dòng)物相比，所占比例仍然很少。例如，海洋中沒(méi)有蝙蝠，沒(méi)有蹄類哺乳動(dòng)物，也沒(méi)有鸚鵡和鳴禽。

生理劣勢(shì)使現(xiàn)代海洋生物難以成功登陸

生存位置法則還可以解釋為何現(xiàn)代海洋生物進(jìn)化成陸地生物越來(lái)越困難?，F(xiàn)在大部分試圖上岸的海洋生物，如海螺、海灘蝸牛等，在開始退潮的時(shí)候才從水中露面，此后它們還要花很長(zhǎng)的時(shí)間被動(dòng)地等待潮水從它們身后完全消退，直到再次漲潮時(shí)。只有在落潮、漲潮這段時(shí)間里，它們才能四處活動(dòng)覓食。這種動(dòng)物在與精力充沛、行動(dòng)敏捷的海鳥，以及來(lái)水邊覓食的浣熊爭(zhēng)奪海灘上的食物資源時(shí)是不可能取得競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的。比較成功的海洋動(dòng)物，像蝸牛、等足目動(dòng)物以及其他某些海洋動(dòng)物大部分也只是遷居在雜草、碎葉當(dāng)中或棲息在靠近海岸的地方。形體較大的椰子蟹(一種寄居蟹)是最為成功的登陸者之一，它的登陸歷史也較短，但這種蟹也僅是生活在太平洋和印度洋的某些島嶼上。體型大、富于攻擊性，加上外殼堅(jiān)硬這些有利因素是椰子蟹能夠成功登陸的原因之一，但是，這種動(dòng)物一旦脫去了堅(jiān)硬的防護(hù)殼，就很容易成為陸地上哺乳動(dòng)物的獵食對(duì)象。它能成功登陸的另一個(gè)原因得益于這些島嶼缺少體形較大的食肉性脊椎動(dòng)物。

當(dāng)然，原居民也好，入侵者也好，都不是生活在真空里。二者常常會(huì)受到外部因素的巨大影響，某些外部力量可能會(huì)促使一種生物種類失去它的生存位置，同時(shí)它也能使另一種生物種類鞏固自己的生存位置。在自然界并不存在某個(gè)生物種類的生存期限，但各種生物種類的生存能力仍然很脆弱。為了適應(yīng)現(xiàn)實(shí)環(huán)境而進(jìn)行自我調(diào)整是動(dòng)物的本能，但這種調(diào)整有時(shí)是以應(yīng)變能力的下降為代價(jià)的。在遭受較大的外部力量干擾時(shí)，如氣候的突然變化，原居民常常要經(jīng)受很大的風(fēng)險(xiǎn)，外部干擾加上來(lái)自食肉動(dòng)物和其他競(jìng)爭(zhēng)者的壓力可能會(huì)使某種并未完全站穩(wěn)腳跟的入侵者突然“咸魚翻身”，從而在新環(huán)境中謀得一席之地。

生存位置法則給人類的啟示

生存位置法則廣泛適用于生物界，對(duì)于我們?nèi)祟愒谔幚砼c其他生物的關(guān)系時(shí)也有重要的啟示作用。采取破壞或改變世界上的生態(tài)系統(tǒng)，剝奪陸地和海洋中競(jìng)爭(zhēng)能力較強(qiáng)的高級(jí)動(dòng)植物的生存環(huán)境的做法無(wú)疑是在削減它們的生存空間。這樣做的結(jié)果可能會(huì)適得其反，反而使它們更容易生存下來(lái)，促使它們遷移到新的居住環(huán)境中。在所有生物中我們?nèi)祟悷o(wú)疑是最強(qiáng)大的，但愿我們能夠理性地統(tǒng)治這個(gè)世界，充滿同情心地善待其他生物。

責(zé)任編輯蒲暉