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夜幕降临,在巴布亚新几内亚实地考察的美国路易斯安那州立大学生物学家克里斯托弗·奥斯汀等人正走在回营地的路上。森林地面上传来的好似昆虫发出的高亢叫声,引起了奥斯汀的注意,他和他的同事们开始在森林底层的落叶中搜寻起来——寻找新的物种,这也正是他们这次林中探险的目的。奥斯汀后来说:“那天晚上,我们在草丛落叶中反复搜寻,但光线太暗,我们什么也没发现,最后只得将发出声音的那个地方的一大把枯枝败叶抓起来扔进一个塑料袋里。”
回到营地后,在明亮的灯光照射下,他们在收获物中翻找起来,很快就明白了:他们之所以在雨林中什么也发现不了,是因为这些发出响亮叫声的生物实在是太小了,身长只有7.7毫米。重要的是,它们并不是昆虫,而是完全长成的青蛙,它们发出高亢叫声的目的是为了吸引异性。
奥斯汀他们当时并没有意识到,他们发现的微型青蛙堪称世界微型动物之最,打破了2006年发现的最小脊椎动物纪录保持者:印尼苏门答腊的一种微型淡水鲤鱼。
那么,有没有更小的脊椎动物正等着我们去发现呢?小型脊椎动物能小到什么程度?其微小化的极限是什么?最重要的是,是什么原因让这些生物变得如此之小?
它们为什么变微小?
在过去几年中,形成了一股寻找世界最小动物的热潮,部分原因可能是因为人们越来越清楚地意识到这一独特物种群体的存在。当然,这也得益于新的探索工具的帮助。奥斯汀说他将数码相机临时作为显微镜用,立即发现这种小不点青蛙是一个全新的物种。新加坡鱼类学家发现,即使他们用网眼非常细小的网捞鱼也还是会有“漏网之鱼”,这引起了他们的注意,开始捕捉这些微型鱼用于研究。
随着更多的研究人员加入到研究微型动物的行列中,这类发现越来越多,从鱼类到青蛙,从蜥蜴和蛇,生物学家在大多数类别的动物群体中都发现了它们极端微小的“小型版”。
那么,是什么原因让这些生物变得如此微小呢?不同因素可能推动了不同类型动物的这种微型化演变过程。例如,许多微型鱼都是在沼泽中被发现的,正是因为超小的尺寸,它们在干旱时期才能在小水塘里生存下来。至于微型青蛙的进化,是因为存在着一个适合微型捕食动物存在的小生境,例如落叶堆中的大量螨虫——这些猎物实在太小,很难进入其他猎食动物的视线。
这可能有助于解释为什么大多数小型脊椎动物都是在岛屿上而不是大陆上被发现的。与大陆相比,岛屿有着更为独特的生态环境,这也意味着更为独特的进化空间,因此往往会产生非常微小的物种。
它们如何变微小?
让体形变小的最简单方法是尽早停止生长。一些极小动物甚至更为极端:它们早早地就停止了身体的发育,以至于一些成年特征永远都不会形成。例如,一些迷你青蛙拥有非常简单化的骨架,那些体形较大的青蛙品种在发育后期形成的骨头,在这些迷你青蛙身上从来就没有形成过。一些真正迷你型的小青蛙的脚趾的数目会相应减少。
这些青蛙甚至绕过了早期发育过程中的一个或多个阶段,许多微小的青蛙物种干脆就是“直接发育”——跳过蝌蚪阶段,幼蛙直接从蛙卵中“蹦”出来,这可能是因为它们生活在一个危险而且不稳定的水栖环境中。对于后代繁殖较少的物种来说,这种生存策略尤为重要。
伦敦自然历史博物馆的鱼类学家拉尔夫·布里茨于2006年发现的苏门答腊鲤鱼也有着类似的情形。它们的样子看起来像仔鱼,但拥有的一些功能却表明它们是完全成熟的成鱼,如在雌鱼的肚子里有卵。骨头缺失是微小鱼类的另一个特点。对微型鱼骨骼系统的研究发现,与其近亲相比,这些微小鱼类少了十多块骨头,而这些“失踪”的骨头中的大部分通常都是在这些鱼类的生命后期才发育形成的。“发育阻断”是物种进化中的一种特殊表现。
然而,小型鱼不只是仔鱼的发育中止,许多微小鱼类还进化出了一些独特的功能,如雄性小型鲤鱼形成了形状怪异的腹鳍。这些小鲤鱼看起来与鲤鱼家族中的其他3000多个成员都不一样。在由业余水族爱好者拍摄的摄像资料中,科学家捕捉到了小型鲤鱼进行交配的珍贵镜头——雄性鲤鱼的形状奇特的鳍会有节奏地翩翩翻动。科学家认为,这种奇特的鳍可能在吸引异性时发挥作用。
小型鱼的“发育阻断”为进化开辟了新的可能性。停留在仔鱼状态给了它们更多的自由发展的机会,它们能够做其他鱼类所不能做的许多事情。如像盖房子,楼层建得越高,在上面自由发挥、增加东西的余地就越小;但如果回到打地基阶段,对未来的设计构想上就有更多发挥想象力的余地。
它们还会变得更微小吗?
不过,身体可以缩小到什么样的程度,这还是有限度的。许多限制来自于一个事实:对于任何形状的生物形体来说,随着身体缩小,身体表面积与体积之比将增大,失去热量的速度将加快。这也是温血的鸟类和哺乳动物需要面对的一个重要问题:身体越小,它们必须拥有越快的产热能力,以补充失去的热量。体形较小的鸟类和哺乳动物都会将它们的新陈代谢降低到绝对必要的限度。最为典型的证据是一种最小的食虫小哺乳动物鼩鼱(外形像老鼠),它们需要不断地进食,以持续补充通过皮肤快速失去的能量。
这也就是为什么最小的鸟和最小的哺乳动物,也都比最小的爬行动物要大得多的原因。目前已知的最小的鸟是古巴的一种蜂雀,身长30毫米;已知的最小的哺乳动物是欧洲、北非和东南亚地区的一种微小的鼩鼱,身长40毫米。马达加斯加的一种身长只有30毫米的小变色龙被人们冠之以“2012年度最小爬行动物”头衔,但它还是比加勒比地区的一种爬行动物——侏儒壁虎稍长一些,后者的身长只有16毫米,能够自如地蜷缩在一美分硬币上。
虽然热量损失对于冷血动物来说并不是一个重要的问题,但水分损失却是它们要面对的严峻问题,对于两栖动物来说尤其如此——一只迷你小青蛙在干燥的空气中只需几分钟时间就会失去身体的所有水分。
正因此,奥斯汀在测试在巴布亚新几内亚发现的微小青蛙的跳跃能力时,总是非常小心,以避免对它们造成伤害。多孔的皮肤,较大的表面积与体积之比,干燥对于它们来说很危险,这可能正是这种小型青蛙喜欢栖息在潮湿的枯枝落叶中的原因。 对于鱼类来说,它们是冷血动物,但同时又是水生生物,所以热量流失和干燥都威胁不到它们。不过,鱼类的微型化会受到其他方面的制约。对于非常微小的动物来说,这里或那里少几根骨头也许影响不大,但有些身体部件是不可或缺的。比如,它们仍然需要拥有视力和听力等。身体器官按比例缩小也会受到一定的限制,原因之一是器官是由细胞构成的,像大脑和眼睛等复杂器官需要一定数量的细胞才能正常发挥作用。其结果就出现了一个奇特的现象:与体形较大的动物相比,微型动物的身体器官在身体体积中所占的比例更大。
脊椎动物在变得更加纤小的过程中,身体内部处理生存所需的方式也变得更为巧妙,特别是在繁衍后代方面。与其他方面的“缩水”策略不同,你总不能生下半个后代,唯一办法就是产下个头更小的后代,而较小的后代更难以存活。所以,动物身体的缩微化也意味着后代数量的减少。
这种情况在世界上最小的蛇的群体中最为明显。2008年被描述的、体长只有100毫米的巴巴多斯细盲蛇的雌蛇一次只产一个卵,即使如此,对于这种微小的蛇来说,仍然是一个异常沉重的负担,因为一个卵就占去了雌蛇一半的体腔,其细管状的腹腔几乎被它的后代所填满。
事实上,最小的两栖类、爬行类和哺乳类动物体内都只能容纳一个相对较大的受精卵。这清楚地表明,它们的体形已经缩小到了生存的极限。
身体的形状或许可以用来解释这样一个事实:尽管要面对水分流失的威胁,已知最小的两栖类动物还是比最小的爬行动物更小。生物学家认为,这与它们的特殊体形有关。青蛙的形状更像是长有四肢的球体,这使得它们更容易在容纳身体各种器官的同时,仍然为卵的生长留出足够的空间。所有这些因素表明,虽然可能还有更小的脊椎动物等待我们去发现,但它们不可能会小得太多。
目前生物学家仍然在为已知最小脊椎动物纪录保持者的问题而相持不下。在这场“微小脊椎动物之最”的竞争中,青蛙显然具有明显优势:青蛙没有尾巴,而鱼有尾巴。奥斯汀在巴布亚新几内亚获得的最小青蛙标本从吻端至肛门的长度仅为7.7毫米,他认为肯定能击败布里茨在苏门答腊岛上发现的最小鲤鱼,这种鲤鱼成鱼最短个体的长度从吻端到尾鳍的长度为7.9毫米。
对此,布里茨有些不服气。他说:“如果我也用两栖动物的测量标准来测量鲤鱼身长,从吻端至肛门的长度会短得多,将在5毫米以下。”而奥斯汀并不接受布里茨的这种说法。他说:“测量鱼的长度当然要将尾巴算进去,这是所有垂钓者都知道的常识,这不是青蛙的错,不是鱼的错,也不是科学家的错,而是生物学和解剖学上的一个事实。”
究竟谁能最终获得“微型动物之最”的头衔?也许应该过几年再做决定。我们将拭目以待。
微小动物观赏
世界上最小的狗:身高12.4厘米
保持吉尼斯世界纪录的世界上活着的最小的狗,是美国马萨诸塞州的一只名叫达基的吉娃娃狗,体重0.64千克,身高12.4厘米。根据吉尼斯纪录,之前最小的狗是一只高7.11厘米的约克郡犬。
世界上最小的牛:身高81厘米
世界上最小的牛是一种被叫做印度瘤牛的罕见品种,这个品种的牛的平均高度为81~91厘米。图中是一头年老的16岁印度瘤牛。与它身边的一头6岁的杂交品种牛相比,后者比它高大许多。
世界上最小的蛇:身长10厘米
一种学名为Leptotyphlops carlae的细盲蛇是世界上最小的蛇,成年蛇平均身长只有10厘米,是由生物学家布莱尔·赫奇斯在加勒比岛国巴巴多斯新发现的物种。这种蛇细如意大利面条。图为正舒适地盘在25美分硬币上的一条细盲蛇。
世界上最小的鱼:长7.9毫米
2006年1月,世界上最小的鱼在印尼苏门答腊岛上被发现,它属于鲤鱼家庭的成员,是世界上最小的脊椎动物之一,身长只有7.9毫米。图为小试管内的微型鲤鱼。
世界上最小的蜥蜴:长16毫米
这种蜥蜴是那么的小,小到可以蜷缩在一角的硬币上。这种学名为Sphaerodactylus ariasae的蜥蜴从吻尖到尾巴只有约16毫米。它和1965年在英属维尔京群岛发现的另一种学名为Sphaerodactylus parthenopion的蜥蜴种类一起获得世界最小蜥蜴的称号。
世界上最小的猫:身高15.5厘米
两岁的猫先生皮布尔斯住在美国伊利诺伊州中部,它体重约1.36千克,是世界上最小的猫。图中窝在一只杯子里的皮布尔斯看上去十分可爱。
世界上最小的变色龙:长1.2厘米
图中的这只侏儒枯叶变色龙是世界上最小的变色龙,它正悠哉游哉地停立在人的指甲尖上,身长只有1.2厘米。这种变色龙生活在马达加斯加岛热带雨林的地面上,雌性通常比雄性要大一些。
世界上最小的仓鼠:身高2.5厘米
这只仓鼠只比它边上50便士的硬币稍大一点,是世界上最小的仓鼠,体重只有28克,它出生3周后就停止了生长。它的五个兄弟姐妹都比它大得多,身高从10.16厘米到12.7厘米。
世界上最小的海马:长1.6厘米
海马通常只有1.6厘米长,比人的手指甲还要小一些,有些海马甚至只有1.3厘米长。海马生活在西太平洋的热带水域水下13~90米深的地方。
世界上最小的马:身高43.18厘米
这匹5岁的微型马是由专门培育小型马的保罗和凯·戈斯林培育出来的,它堪称小型马中的“缩微”品种,体重只有27.22千克,身高只有43.18厘米。
回到营地后,在明亮的灯光照射下,他们在收获物中翻找起来,很快就明白了:他们之所以在雨林中什么也发现不了,是因为这些发出响亮叫声的生物实在是太小了,身长只有7.7毫米。重要的是,它们并不是昆虫,而是完全长成的青蛙,它们发出高亢叫声的目的是为了吸引异性。
奥斯汀他们当时并没有意识到,他们发现的微型青蛙堪称世界微型动物之最,打破了2006年发现的最小脊椎动物纪录保持者:印尼苏门答腊的一种微型淡水鲤鱼。
那么,有没有更小的脊椎动物正等着我们去发现呢?小型脊椎动物能小到什么程度?其微小化的极限是什么?最重要的是,是什么原因让这些生物变得如此之小?
它们为什么变微小?
在过去几年中,形成了一股寻找世界最小动物的热潮,部分原因可能是因为人们越来越清楚地意识到这一独特物种群体的存在。当然,这也得益于新的探索工具的帮助。奥斯汀说他将数码相机临时作为显微镜用,立即发现这种小不点青蛙是一个全新的物种。新加坡鱼类学家发现,即使他们用网眼非常细小的网捞鱼也还是会有“漏网之鱼”,这引起了他们的注意,开始捕捉这些微型鱼用于研究。
随着更多的研究人员加入到研究微型动物的行列中,这类发现越来越多,从鱼类到青蛙,从蜥蜴和蛇,生物学家在大多数类别的动物群体中都发现了它们极端微小的“小型版”。
那么,是什么原因让这些生物变得如此微小呢?不同因素可能推动了不同类型动物的这种微型化演变过程。例如,许多微型鱼都是在沼泽中被发现的,正是因为超小的尺寸,它们在干旱时期才能在小水塘里生存下来。至于微型青蛙的进化,是因为存在着一个适合微型捕食动物存在的小生境,例如落叶堆中的大量螨虫——这些猎物实在太小,很难进入其他猎食动物的视线。
这可能有助于解释为什么大多数小型脊椎动物都是在岛屿上而不是大陆上被发现的。与大陆相比,岛屿有着更为独特的生态环境,这也意味着更为独特的进化空间,因此往往会产生非常微小的物种。
它们如何变微小?
让体形变小的最简单方法是尽早停止生长。一些极小动物甚至更为极端:它们早早地就停止了身体的发育,以至于一些成年特征永远都不会形成。例如,一些迷你青蛙拥有非常简单化的骨架,那些体形较大的青蛙品种在发育后期形成的骨头,在这些迷你青蛙身上从来就没有形成过。一些真正迷你型的小青蛙的脚趾的数目会相应减少。
这些青蛙甚至绕过了早期发育过程中的一个或多个阶段,许多微小的青蛙物种干脆就是“直接发育”——跳过蝌蚪阶段,幼蛙直接从蛙卵中“蹦”出来,这可能是因为它们生活在一个危险而且不稳定的水栖环境中。对于后代繁殖较少的物种来说,这种生存策略尤为重要。
伦敦自然历史博物馆的鱼类学家拉尔夫·布里茨于2006年发现的苏门答腊鲤鱼也有着类似的情形。它们的样子看起来像仔鱼,但拥有的一些功能却表明它们是完全成熟的成鱼,如在雌鱼的肚子里有卵。骨头缺失是微小鱼类的另一个特点。对微型鱼骨骼系统的研究发现,与其近亲相比,这些微小鱼类少了十多块骨头,而这些“失踪”的骨头中的大部分通常都是在这些鱼类的生命后期才发育形成的。“发育阻断”是物种进化中的一种特殊表现。
然而,小型鱼不只是仔鱼的发育中止,许多微小鱼类还进化出了一些独特的功能,如雄性小型鲤鱼形成了形状怪异的腹鳍。这些小鲤鱼看起来与鲤鱼家族中的其他3000多个成员都不一样。在由业余水族爱好者拍摄的摄像资料中,科学家捕捉到了小型鲤鱼进行交配的珍贵镜头——雄性鲤鱼的形状奇特的鳍会有节奏地翩翩翻动。科学家认为,这种奇特的鳍可能在吸引异性时发挥作用。
小型鱼的“发育阻断”为进化开辟了新的可能性。停留在仔鱼状态给了它们更多的自由发展的机会,它们能够做其他鱼类所不能做的许多事情。如像盖房子,楼层建得越高,在上面自由发挥、增加东西的余地就越小;但如果回到打地基阶段,对未来的设计构想上就有更多发挥想象力的余地。
它们还会变得更微小吗?
不过,身体可以缩小到什么样的程度,这还是有限度的。许多限制来自于一个事实:对于任何形状的生物形体来说,随着身体缩小,身体表面积与体积之比将增大,失去热量的速度将加快。这也是温血的鸟类和哺乳动物需要面对的一个重要问题:身体越小,它们必须拥有越快的产热能力,以补充失去的热量。体形较小的鸟类和哺乳动物都会将它们的新陈代谢降低到绝对必要的限度。最为典型的证据是一种最小的食虫小哺乳动物鼩鼱(外形像老鼠),它们需要不断地进食,以持续补充通过皮肤快速失去的能量。
这也就是为什么最小的鸟和最小的哺乳动物,也都比最小的爬行动物要大得多的原因。目前已知的最小的鸟是古巴的一种蜂雀,身长30毫米;已知的最小的哺乳动物是欧洲、北非和东南亚地区的一种微小的鼩鼱,身长40毫米。马达加斯加的一种身长只有30毫米的小变色龙被人们冠之以“2012年度最小爬行动物”头衔,但它还是比加勒比地区的一种爬行动物——侏儒壁虎稍长一些,后者的身长只有16毫米,能够自如地蜷缩在一美分硬币上。
虽然热量损失对于冷血动物来说并不是一个重要的问题,但水分损失却是它们要面对的严峻问题,对于两栖动物来说尤其如此——一只迷你小青蛙在干燥的空气中只需几分钟时间就会失去身体的所有水分。
正因此,奥斯汀在测试在巴布亚新几内亚发现的微小青蛙的跳跃能力时,总是非常小心,以避免对它们造成伤害。多孔的皮肤,较大的表面积与体积之比,干燥对于它们来说很危险,这可能正是这种小型青蛙喜欢栖息在潮湿的枯枝落叶中的原因。 对于鱼类来说,它们是冷血动物,但同时又是水生生物,所以热量流失和干燥都威胁不到它们。不过,鱼类的微型化会受到其他方面的制约。对于非常微小的动物来说,这里或那里少几根骨头也许影响不大,但有些身体部件是不可或缺的。比如,它们仍然需要拥有视力和听力等。身体器官按比例缩小也会受到一定的限制,原因之一是器官是由细胞构成的,像大脑和眼睛等复杂器官需要一定数量的细胞才能正常发挥作用。其结果就出现了一个奇特的现象:与体形较大的动物相比,微型动物的身体器官在身体体积中所占的比例更大。
脊椎动物在变得更加纤小的过程中,身体内部处理生存所需的方式也变得更为巧妙,特别是在繁衍后代方面。与其他方面的“缩水”策略不同,你总不能生下半个后代,唯一办法就是产下个头更小的后代,而较小的后代更难以存活。所以,动物身体的缩微化也意味着后代数量的减少。
这种情况在世界上最小的蛇的群体中最为明显。2008年被描述的、体长只有100毫米的巴巴多斯细盲蛇的雌蛇一次只产一个卵,即使如此,对于这种微小的蛇来说,仍然是一个异常沉重的负担,因为一个卵就占去了雌蛇一半的体腔,其细管状的腹腔几乎被它的后代所填满。
事实上,最小的两栖类、爬行类和哺乳类动物体内都只能容纳一个相对较大的受精卵。这清楚地表明,它们的体形已经缩小到了生存的极限。
身体的形状或许可以用来解释这样一个事实:尽管要面对水分流失的威胁,已知最小的两栖类动物还是比最小的爬行动物更小。生物学家认为,这与它们的特殊体形有关。青蛙的形状更像是长有四肢的球体,这使得它们更容易在容纳身体各种器官的同时,仍然为卵的生长留出足够的空间。所有这些因素表明,虽然可能还有更小的脊椎动物等待我们去发现,但它们不可能会小得太多。
目前生物学家仍然在为已知最小脊椎动物纪录保持者的问题而相持不下。在这场“微小脊椎动物之最”的竞争中,青蛙显然具有明显优势:青蛙没有尾巴,而鱼有尾巴。奥斯汀在巴布亚新几内亚获得的最小青蛙标本从吻端至肛门的长度仅为7.7毫米,他认为肯定能击败布里茨在苏门答腊岛上发现的最小鲤鱼,这种鲤鱼成鱼最短个体的长度从吻端到尾鳍的长度为7.9毫米。
对此,布里茨有些不服气。他说:“如果我也用两栖动物的测量标准来测量鲤鱼身长,从吻端至肛门的长度会短得多,将在5毫米以下。”而奥斯汀并不接受布里茨的这种说法。他说:“测量鱼的长度当然要将尾巴算进去,这是所有垂钓者都知道的常识,这不是青蛙的错,不是鱼的错,也不是科学家的错,而是生物学和解剖学上的一个事实。”
究竟谁能最终获得“微型动物之最”的头衔?也许应该过几年再做决定。我们将拭目以待。
微小动物观赏
世界上最小的狗:身高12.4厘米
保持吉尼斯世界纪录的世界上活着的最小的狗,是美国马萨诸塞州的一只名叫达基的吉娃娃狗,体重0.64千克,身高12.4厘米。根据吉尼斯纪录,之前最小的狗是一只高7.11厘米的约克郡犬。
世界上最小的牛:身高81厘米
世界上最小的牛是一种被叫做印度瘤牛的罕见品种,这个品种的牛的平均高度为81~91厘米。图中是一头年老的16岁印度瘤牛。与它身边的一头6岁的杂交品种牛相比,后者比它高大许多。
世界上最小的蛇:身长10厘米
一种学名为Leptotyphlops carlae的细盲蛇是世界上最小的蛇,成年蛇平均身长只有10厘米,是由生物学家布莱尔·赫奇斯在加勒比岛国巴巴多斯新发现的物种。这种蛇细如意大利面条。图为正舒适地盘在25美分硬币上的一条细盲蛇。
世界上最小的鱼:长7.9毫米
2006年1月,世界上最小的鱼在印尼苏门答腊岛上被发现,它属于鲤鱼家庭的成员,是世界上最小的脊椎动物之一,身长只有7.9毫米。图为小试管内的微型鲤鱼。
世界上最小的蜥蜴:长16毫米
这种蜥蜴是那么的小,小到可以蜷缩在一角的硬币上。这种学名为Sphaerodactylus ariasae的蜥蜴从吻尖到尾巴只有约16毫米。它和1965年在英属维尔京群岛发现的另一种学名为Sphaerodactylus parthenopion的蜥蜴种类一起获得世界最小蜥蜴的称号。
世界上最小的猫:身高15.5厘米
两岁的猫先生皮布尔斯住在美国伊利诺伊州中部,它体重约1.36千克,是世界上最小的猫。图中窝在一只杯子里的皮布尔斯看上去十分可爱。
世界上最小的变色龙:长1.2厘米
图中的这只侏儒枯叶变色龙是世界上最小的变色龙,它正悠哉游哉地停立在人的指甲尖上,身长只有1.2厘米。这种变色龙生活在马达加斯加岛热带雨林的地面上,雌性通常比雄性要大一些。
世界上最小的仓鼠:身高2.5厘米
这只仓鼠只比它边上50便士的硬币稍大一点,是世界上最小的仓鼠,体重只有28克,它出生3周后就停止了生长。它的五个兄弟姐妹都比它大得多,身高从10.16厘米到12.7厘米。
世界上最小的海马:长1.6厘米
海马通常只有1.6厘米长,比人的手指甲还要小一些,有些海马甚至只有1.3厘米长。海马生活在西太平洋的热带水域水下13~90米深的地方。
世界上最小的马:身高43.18厘米
这匹5岁的微型马是由专门培育小型马的保罗和凯·戈斯林培育出来的,它堪称小型马中的“缩微”品种,体重只有27.22千克,身高只有43.18厘米。