富氧时代的石炭纪巨虫

作者: 江泓

来源: 博物

发布日期: 2015-08-11

文章讲述了距今3.55亿年~2.95亿年前的石炭纪时期,由于大气含氧量极高,出现了巨脉蜻蜓、节胸马陆、普莫诺蝎等体型巨大的节肢动物。这些巨虫的产生与当时高含氧量的环境密切相关,而随着气候变化和氧气含量的降低,这些巨虫最终灭绝,地球上的节肢动物也未能再次达到如此巨大的体型。

或许我们内心一直怀着对巨型虫子的莫名恐惧,所以才有一部部关于巨型昆虫的恐怖电影。其实“巨虫”不仅存在于我们的想象中,史前还真的有过一个巨虫时代,这就是距今3.55亿年~2.95亿年前的石炭纪。

一望无际的蕨类森林中,一只巨脉蜻蜓正在枝叶间穿梭,半米多宽的修长翅膀不停发出嗡嗡声。它的两只巨大复眼不停在空中、地面搜索目标准,终于看到了趴在水塘浮木上的一条蝾螈。只见巨脉蜻蜓快速俯冲,快要碰到水面的一瞬间,它用六条长腿一把抓起蝾螈,随即飞回空中。巨脉蜻蜓带着猎物飞上树梢,在这个时代,它就是天空中的王者。

自从5.3亿年前的“寒武纪生命大爆发”之后,到石炭纪已是“古生代”的第5个纪元。之所以叫这个名字,是因为全球至少一半的煤炭储量,都出自这个时期形成的沉积岩层中——石炭纪的陆地植物生长繁茂,大量植物遗骸深埋地下,经过漫长的地质作用,变成了黝黑的煤炭。中国山西的某些煤层厚度超过120米,这需要至少2500米厚的植物遗骸堆积。

在石炭纪开始时,陆地植物正从海边向内陆挺进,但主要是节蕨类、石松类这样比较原始的植物类群,最高也不过几米。受益于当时温暖湿润的气候,植物们迅速演化,有些石松类能长到20~40米高,成为地球上第一批真正的大树。更适应陆地环境的真蕨类、种子蕨类植物,也在石炭纪中晚期出现。

有了铺天盖地的绿色植物,石炭纪的动物们也在演化出新花样。在上一个纪元——泥盆纪扩张到淡水中的鱼类,有部分成员把鱼鳍变成了四肢,能够爬上岸边,用“肺”这个新器官在陆地上呼吸空气,成为全新的两栖动物。但两栖动物的卵和幼体必须在水中发育,成体也需要保持体表湿润,因此仍无法完全摆脱对水的依赖。就在它们徘徊于水陆之间时,陆地已被一类长有坚硬外壳和许多条腿的动物霸占,这就是包括昆虫、蝎子、蜘蛛在内的节肢动物。

石炭纪的湿润气候使植物茂盛生长,还形成了大量沼泽地,植物死后被埋入沼泽成为泥炭,后来又沉入地层经受高温高压,被压缩成煤炭。巨脉蜻蜓并非现代蜻蜓的祖先,但翅膀结构与现代蜻蜓几乎别无二致,翼展可达75厘米。而现代蜻蜓中体型最小的侏红蜻,翼展只有3厘米左右。

以优美的飞行身姿、凶猛的捕食习性闻名的蜻蜓,在英语中被称作“dragonfly”——龙之飞虫。蜻蜓拥有昆虫中最发达的视力,却是一类古老的昆虫,不能折叠的翅膀就是一种原始特征。距今3亿年前的石炭纪晚期,还曾有过一种更具“龙威”的蜻蜓,巨脉蜻蜓。它们和今天的蜻蜓一样有细长的身体、巨大的复眼和两对透明翅膀,但身体大小可是天差地别:巨脉蜻蜓翅膀展开足有75厘米宽,几乎跟喜鹊一样大。

在石炭纪除了蜻蜓、蟑螂,我们熟悉的大部分昆虫类群都还没出现。不过当时陆地上还有许多别的大型节肢动物,其中最著名的便是“千足大虫”节胸马陆和“铁钳毒师”普莫诺蝎。

在石炭纪之后,陆地上再没出现过这么大的节肢动物。这并非巨虫的后辈们不争气,而是输给了“天时”。前面提到,石炭纪时期陆地植物极为繁茂,它们的光合作用释放出了大量氧气,据估算当时大气含氧量达到空前绝后的30%以上,而今天只有21%。

像昆虫、马陆、蝎子这样的陆生节肢动物没有复杂的肺,而是靠连通体表的微型气孔,或多层气管折叠而成的“书肺”来呼吸,吸收氧气的效率不高。因此只有在含氧量这么高的环境里,它们呼吸系统的限制才不会那么明显,使它们长到超乎想象的体型。

在石炭纪最后的日子里,全球出现了一次冰河期,气温剧降,空气变得干燥,大片陆地又重新荒芜,大气中的含氧量也随之下降低,巨虫们纷纷灭绝。此后的地球再没有过这么充沛的氧气,虫族们也没能突破呼吸系统的限制,一直保持着渺小的身材。而我们的脊椎动物祖先却凭借发达的肺,成为陆地生态中最醒目的角色。

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