冷血的哺乳动物
23 01 2008年生活在东非地下的裸鼹鼠早在1842年就已被科学界发现并命名了,但是直到上个世纪80年代被发现是一种奇特的真社会性哺乳动物之后(参见《推测出来的动物》,本版2008年1月16日),它才成了动物界中的明星,近年来还在迪斯尼的动漫《麻辣女孩》中出演重要角色。后来发现在非洲鼹形鼠中还有达马拉兰鼹鼠也是真社会性的,夺去了裸鼹鼠的部分光彩。不过,裸鼹鼠还有一项特征仍然足以让它去角逐最奇异的哺乳动物的头衔:它是变温的冷血动物。
我们在上小学时就已经知道,哺乳动物和鸟类是恒温动物,能够让体温保持恒定,不随外界温度的变化而变化。但是裸鼹鼠虽然是哺乳动物,却基本丧失了这一功能。它们和冷血动物一样,主要通过与环境的热交换来调节体温:要升温,就跑到上层的洞穴,紧贴被太阳晒热的墙壁;要降温,就躲到寒冷的底层洞穴。它们有时也通过大家扎堆挤在一起来取暖。它们的皮肤为此变得裸露无毛,因为皮毛不仅不再能起到调节体温的作用,反而会妨碍热交换。
裸鼹鼠为什么变成变温动物了呢?保持恒定体温的优势在于生理活动基本不受外界温度变化的影响,在夜间和比较恶劣的天气都能出来活动,有更多的时间用于觅食和寻偶。不过,裸鼹鼠生活在地下,和天气多变的地面相比,地下冬暖夏凉,温度变化不大,保持恒定体温就不那么重要了。但是,同样在地下生活的其他十几种非洲鼹形鼠都是恒温的,与裸鼹鼠的习性最接近的达马拉兰鼹鼠也是恒温的。究竟还有什么因素使得裸鼹鼠比其他鼹形鼠更需要放弃恒温功能呢?
在所有非洲鼹形鼠中,裸鼹鼠是体型最小的。我以前介绍过,由于体积小的物体的表面积相对比较大,使得小动物的身体比大动物更容易丧失热量,要保持恒定的体温也就更加困难(参见《不可能的小人国》,本版2007年10月31日)。裸鼹鼠的身体体积(也即产热总量)大约是达马拉兰鼹鼠的20%,但是身体表面积却大约是达马拉兰鼹鼠的40%,这样,散热速度就是其2倍。裸鼹鼠如果要像达马拉兰鼹鼠那样维持恒定的体温,就必须以2倍的速度加速产生体热的代谢过程,以增加体热的生产弥补体热的散失。这就需要大量地摄入食物和氧气。但是裸鼹鼠的食物主要是低能量的块茎,而地下氧气又非常稀薄,为此要付出的代价太高昂了,所以还不如干脆就不再试图去维持恒定体温了,尽量降低基础代谢率节省能量。裸鼹鼠的基础代谢率是所有哺乳动物中最低的,与爬行动物的相当。
那么,裸鼹鼠为什么要有这么小的身体呢?在非洲鼹形鼠中,裸鼹鼠所生活的地区是最热最干旱的,年降雨量平均只有200~400毫米,一年就集中下几天雨。鼹形鼠的主要食物——块茎储存着大量的水分和养分,同样由于体积和表面积的比例关系,块茎越大,就越不容易失水干燥,因此干旱地区的植物倾向于制造少量但是大型的块茎,而不是众多的小块茎。越是干旱的地区,块茎会越大,但是数量也越稀少。有的块茎的重量能是裸鼹鼠体重的上千倍,碰巧挖到一个的话,一窝裸鼹鼠一年的口粮就全有了。
但是在地下乱挖地道,刚好碰上块茎的几率极低,而且只有下雨的那几天、土壤比较潮湿时才适宜挖地道,即便如此,挖地道也要耗去大量能量,是静止时的3~5倍。很可能挖了几天地道、精疲力竭了也还一无所获。在如此严酷的条件下,独居的鼹形鼠存活的机会极为渺茫,要提高生存机会,必须组织起来,分头去找食物,有谁碰巧找到了就一起分享。独居的鼹形鼠只生活在比较湿润的地区,而干旱地区的鼹形鼠都是社会性的,这并非偶然。
一群裸鼹鼠分头去找稀少的食物,当然是成员数量越多,找到食物的机会越大。但是成员数量多了,也意味着吃饭的嘴多了,找到的食物又会不够分了。既要增加个体数量,又不增加对食物的总需求量,那就要把每一个成员的饭量减小,也就是说,让它们的身体变小。
所以,进化的结果就是,社会成员的数量增加了,但是体型变小了。一窝裸鼹鼠平均有七、八十只,能多达300只,但是每只工鼠的体重只有大约30克。达马拉兰鼹鼠的体重是裸鼹鼠的5倍,但是一窝成员的数量就少多了,平均有十几只,最多也就40只。达马拉兰鼹鼠的社会习性也不如裸鼹鼠复杂、精致,寻找食物的效率可能也不如裸鼹鼠,毕竟,100只小老鼠分散开去,找到食物的几率要比10只大老鼠的大多了。在进化史上,达马拉兰鼹鼠出现的时间比裸鼹鼠晚。也许达马拉兰鼹鼠正往裸鼹鼠走过的路上走,成员数量会变得更多,但是体型也会变得更小,最终小到无法维持恒定体温,并脱掉了皮毛,成为另一种裸鼹鼠呢。
2008.1.19
(《中国青年报》2007.1.23.)
(XYS20080123)
又长见识了。
长见识。
解释的非常好!想起仰视10套那些故弄玄虚、装神弄鬼的所谓“揭秘”栏目,我就感到恶心!
方先生,你好,我想请教个问题,为什么人类中有先天性的色盲?我们的古老灵长类祖先需要分辨水果颜色,色盲不是没什么生存优势吗,为什么还会延续下来呢?是因为雌性一般没有色盲但是是隐性携带者吗?望解疑,谢谢。
To 付强
是啊,央视10套那些故弄玄虚、装神弄鬼也配称为“科普节目”?!?!
色盲虽然是一个劣势,但不是压倒性的灾难。还有一些哺乳动物也是色盲,不是作为一个物种繁衍不绝么?!任意一个优势或者缺点不一定都有进化动力成因。比如一个人比较笨,他怎么不灭绝呢? 因为这不是一个物种特征,连种群特征都算不上,虽然有家族遗传性,但是比较笨只是一项劣势,可能还有体质好,抗病的优势相平衡呢。
我怎么好像记得人类的色盲在进化上还算一种优势?忘了出处了。
好文!长知识!
“还有一些哺乳动物也是色盲,不是作为一个物种繁衍不绝么?!”,别说还有一些了,大部分都是.
“比较笨只是一项劣势,可能还有体质好,抗病的优势相平衡呢。”,怎么样算”比较笨”呢?这用什么标准衡量?而且你可以举更好的例子,比如地中海贫血症.
我想是我想错了,古代的灵长类不一定非要吃水果.
人的色盲和哺乳动物还有差别,大部分哺乳动物是全色盲,大部分人类色盲是红绿色盲(性染色体隐性遗传)。因此就更不是决定性因素了。大部分的水果是可以分辨的。
如果单单照达尔文进化论来解释,那么只有影响到出生率和死亡率的因素可以推动一个特性的发展,由于人类色盲症不是决定性因素,并且人类的进化时间尚短,因此这个特性保留下来不是说他有益,而是说没有足够的时间和速度来消除。
几乎所有的遗传性缺陷都是如此,并非他是好的,而是说他并没有在有限的时间内消除,或者他的劣势不够重要。则可以用来证明神创论的错误。另一个类似的例子是人眼的盲点。大部分的脊椎动物的眼都有盲点,但是章鱼没有。我们的眼睛没有章鱼的好,但是这个缺陷依然保留下来了。这是因为它不是决定性的因素。
学习了