含氧量高生物为什么会变大?目前最被接受的理论是,以昆虫为例,许多昆虫是通过遍布全身或部分肌体的气管吸收氧气的。在同一环境下,体型越大,气管(呼吸系统)体积就越大。但当氧气浓度高时,生物不需靠增大呼吸系统的体积来为增大的体型提供更多氧气,因此呼吸系统对体型的限制影响降低了,允许生物向更大体型进化
含氧量高生物为什么会变大?
目前最被接受的理论是,以昆虫为例,许多昆虫是通过遍布全身或部分肌体的气管吸收氧气的。在同一环境下,体型越大,气管(呼吸系统)体积就越大。但当氧气浓度高时,生物不需靠增大呼吸系统的体积来为增大的体型提供更多氧气,因此呼吸系统对体型的限制影响降低了,允许生物向更大体型进化。在以前氧气浓度高的时候,单细胞生物也会很大吗?
提出这个问题的读者,是受了网上一种错误论断的误导。有人说氧气浓度越高,生物体的体型越大,实际上这一说法只有在特定情况下才是真命题。单细胞生物体型和氧气浓度关系不大
我们首先要搞清楚氧气浓度为什么能影响生物体型。现在绝大多数生物都是需养生物,生物需要将氧气输送至每一个细胞。随着生物体型增长,其体积的扩大速度要比表面积的扩大速度快。长度增加到原来两倍,表面积就增大到四倍,体积则增大到八倍。低等动物都是从身体表面直接吸收氧气的。随着体型增大,其需要氧气的细胞多了,而吸收氧气的面积却相对少了,因此,只有更高浓度的氧亚博体育气才能够供养起更大《dà》的体型。
单细胞动物[练:wù]:草履虫
后[繁:後]生动物是一个与单细胞的原生动物相对的概念,也就是多细胞动物。它们往体型更大的方向发展,主要是为了发育出更[练:gèng]复杂的器官和系统,以增强自身生存能力。
单细胞生物就只有一个细胞,真核细胞直径(繁:徑)10-30微米,容纳细胞核和各种细胞器已经足够了,而没有细胞核的原核细胞(如细菌)体积就更小了,只有0.5-5微米。单细{繁:細}胞生物没有大型化的进化动力,因此氧气浓度升高对它们(men)体型影响有限。
在地质史上氧气浓(繁体:濃)度最高的石炭纪(约3亿年前),千足虫有三米长,蜻蜓像海鸥那么大,蝎子有70厘米,但从[繁:從]来没有发现巨型细胞的(pinyin:de)遗迹。
石【shí】炭纪的巨型蜻蜓
另外需要大家注意的是,高等动物已经进化(huà)出了肺这种高效的呼吸器官和发达的血液循环系统,不需要通过扩大皮肤表面积(繁:積)来增加氧气摄入量了。
因此高等动物的体型和氧气浓度关系不大。例如,恐龙时代的氧气浓度就和今天(pinyin:tiān)差不多。而今天的氧气浓度{pinyin:dù},对有史以来最大的动物之一——蓝鲸,也已经足够用了。
恐{pinyin:kǒng}龙时代
氧气浓度升高会给单细胞生物带来什么?
地球大气中氧气经历了从无到有,从少到多的过程。既然单细胞生物不会随着氧气浓度的增长而长出更大的细胞,那么越来越多的氧气将如何影响原始单细胞生物的进化呢?地质史(shǐ)上,氧气的出现和不断积累,给原始单细胞生物带来的皇冠体育首先是灾难,然后是进化机遇,最后是辉煌。
1、灾难《繁体:難》
大气中本没有氧气,因此最早的生命也都是厌氧生物,以(拼音:yǐ)古菌和细菌为主。氧气对专性厌氧生物来说是有毒的。蓝藻是第一种能产生氧气的生物。距今24亿年前,氧气开始shǐ 在海洋和大气中积累,给当时占统治地位的厌氧生物{pinyin:wù}带来了一场浩劫,史称“氧气灾难”。
古菌
氧气能破坏厌氧的古菌和细胞的DNA,使它们无法复制(繁:製),导致它们大量死亡。今天,我们只能在海底火山喷口这类极[繁:極]端缺氧环(繁:環)境见到古菌了。
2、进化{pinyin:huà}机遇
其中一支古菌具有DNA修复功能,因【读:yīn】此活了下来。这支古菌进化出了保护性的细胞核,幸运飞艇这就是最早的真核生物。今天的真菌、植物、动物和人类都是真核生物,都是这一伙的后代。
这些原始的真核生物发现,单纯的修复(繁:覆)不足以弥补DNA损伤,有时候一个关键位点的突变就是致命的,因此它们发展出了基因重组功能,生(pinyin:shēng)物界第一次有了男与女、雄与雌的区[qū]分。
真核生物的呼吸中《读:zhōng》心:线粒体
氧气的出现也为所有生物提供了唾手可得的自由能,使幸存的原始单细胞生物加速向高等、复杂的生命形式进化。
3、埃迪[拼音:dí]卡拉的失败
在距今5.85亿年前的埃迪卡拉纪,地球已经结束了成冰纪的严寒,氧气浓度也上升到了10%左右,环境似乎比较适宜,原生(pinyin:shēng)生物开始了往复杂方向进化《拼音:huà》的第一次尝试,一时间地球上出现了很多奇形怪状的宏体生物(即人的肉眼能看到的生物),这就是埃迪卡拉生物群。
埃迪《拼音:dí》卡拉生物群
这些埃迪卡拉生物长得实在太任性了,它们有的像光盘,有的像水管,有的像绒布袋子。它们有的是类似现存澳门金沙生物的两侧[繁体:側]轴对称,有的是三辐射对称,还有的是滑移对称,区区一百来种生物几乎囊括了所有的对称方式。它们的共同特点是通体柔软,没有矿化的骨骼结构,而且都是固定于海床的。
它们选择【zé】了扁平化的身体,以尽可能增加吸收氧(读:yǎng)气的面积,确保在氧气浓度不算高的环境中,每个细胞都能获取充足的氧气。
滑移对称(繁:稱)的埃迪卡拉生物化石
埃迪卡拉(拼音:lā)生物的所有组织结构特征,都难以在现存生物中找到相应的例子,甚至在紧接着的寒武纪时期都找不到相似的生物。因此埃迪卡拉生物很可能全部灭绝{繁:絕}了,没有留下任何后代。在进化史上,埃迪卡拉生物wù 既是伟大的创新,又是失败的试验。
4、寒(pinyin:hán)武纪的辉煌
到5.41年前寒武纪来临之时,大气中氧气浓度达到了空前的15%,各方面环境更适宜了,原生动物开始了《繁体:瞭》第二次进[繁体:進]化尝试,这就是寒武纪生物大爆发。
寒武纪大爆《拼音:bào》发
有了埃迪卡拉幸运飞艇生物扁平化之路失败的教训,这次原始生命选择了新的进化道路:即形成体腔,进化出复杂的内部器官和系统。寒武纪生物的最大特点在于(繁体:於)硬质组织增长,即拥有矿化的骨骼。
在寒武纪之初的1300-2500万年前,现生后生动物主要门类腕足动物、环《繁:環》节动物、软体动物、节肢动物纷纷出现,动[繁:動]物、植物、细菌的多样性[练:xìng]都走向繁盛。
寒武纪大爆发是地球生命进化中具有决定性意义的转折点,这次爆发出现的生物【拼音:wù】繁衍至今,为后来及今天生物多样性的辉煌奠定了《繁:瞭》基础。
寒武纪大爆发的标[繁:標]志性动物:三叶虫,其无论纵(繁:縱)向(叶)还是横向(头、胸、腹)都分成三部分
总 结
缺氧会阻止大型复杂动物的崛起,因为较低的氧气浓度不足以供养复杂的内部构造。在寒武纪之前,氧气浓度与真核生物的多样性呈现出正相关,寒武纪大爆发就发生氧气浓度升至高位的年代。因此,氧气浓度dù 升高没有使原生生物的(拼音:de)单细胞变大,而是促进了它们的细胞分化,使它们走向了复杂(zá)、高等的进化之路。
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