Warum ist die Ära der riesigen Kreaturen, die in Wissenschafts- und Lehrfilmen ihr Unwesen treiben, für immer vorbei?

Wer sich für prähistorische Lebewesen interessiert, muss wissen, dass es in der Urzeit viele Riesentiere gab, die Tiere um uns herum scheinen jedoch nicht sehr groß zu sein. Warum gibt es diese großen Tiere nicht? Lassen Sie mich heute mit Ihnen darüber sprechen.

Dieser Artikel ist in drei Teile gegliedert: prähistorische Rieseninsekten, prähistorische Riesendinosaurier und zeitgenössische Riesensäugetiere. Aufgrund ihrer enormen Größe gibt es einige Unterschiede, die im Folgenden vorgestellt werden.

01. Prähistorische Rieseninsekten

Eine 1 Meter lange Libelle (Meganeura monyi) und ein 3 Meter langer Riesentausendfüßler (Arthropleura armata)

Während der Torfperiode tauchten auf der Erde überall eine Reihe riesiger Lebewesen auf.

Wenn Sie damals zur Erde zurückgereist wären, hätten Sie sich vielleicht wie im Film „Die Reise zum Mittelpunkt der Erde“ gefühlt, in dem es nur riesige Lebewesen gab.

Warum ist das so? Eine Theorie ist Sauerstoff. Es gab eine Zeit in der Erdgeschichte, in der der Sauerstoffgehalt über 30 % lag. Der erhöhte Sauerstoffgehalt ermöglichte das Wachstum von Insekten. Denn viele Insekten nehmen Sauerstoff über Tracheen auf, die über den ganzen Körper oder Körperteile verteilt sind.

In derselben Umgebung gilt: Je größer der Körper, desto größer die Luftröhre (Atmungssystem).

Bei hohen Sauerstoffkonzentrationen müssen Organismen ihr Atmungssystem nicht vergrößern, um ihrer größeren Körpergröße mehr Sauerstoff zuzuführen. Daher verringert sich der limitierende Effekt des Atmungssystems auf die Körpergröße, was es den Organismen ermöglicht, sich zu größeren Größen zu entwickeln.

In diesem Zusammenhang müssen wir die Geschichte des Sauerstoffs auf der Erde erwähnen.

02 , Zwischenspiel: Die Geschichte des Sauerstoffs auf der Erde

Heute leben wir in einer grünen Welt mit einem Sauerstoffgehalt von 21 %, doch ursprünglich gab es auf der Erde keinen Sauerstoff. Das früheste Leben auf der Erde war violett, nicht grün. Urzeitliche Mikroben nutzten möglicherweise andere Moleküle als Chlorophyll, um Sonnenlicht einzufangen, was den Organismen einen violetten Farbton verlieh. Zu dieser Zeit konnten sich die blaugrünen Bakterien, die Photosynthese betreiben und Sauerstoff produzieren, nur in tieferem Meerwasser verstecken, um das blauviolette Licht zu absorbieren, das von den Purpurbakterien übrig blieb.

Das Große Oxidationsereignis bezieht sich auf ein Ereignis, das vor etwa 2,6 Milliarden Jahren stattfand, als der freie Sauerstoffgehalt in der Atmosphäre plötzlich anstieg. Die genaue Ursache dieses Ereignisses ist noch immer unbekannt und kann derzeit nur durch einige Hypothesen erklärt werden. Manche glauben, dass der schnelle Anstieg des Sauerstoffgehalts auf der Erde durch die Photosynthese der Algen verursacht wurde, während der starke Rückgang der Nickelmenge, auf die die Sauerstoff zerstörenden Methanbakterien angewiesen sind, zu einem starken Anstieg des Sauerstoffgehalts in der Atmosphäre führte. Daher spricht man von einem „atmosphärischen Oxidationsereignis“. Das Große Oxidationsereignis veränderte die Zusammensetzung der Mineralien auf der Erde und ermöglichte die Entstehung von Tieren.

Einfach ausgedrückt kann die Erde vorher einfach als sauerstofffreie/anaerobe Umgebung (Sauerstoffgehalt 0,02 %) betrachtet werden, und Sauerstoff kommt hauptsächlich in Form von Verbindungen in Wasser oder Gestein vor. Danach wurde die Erde weitgehend aerob (der höchste Wert soll bei über 30 % gelegen haben, heute liegt er bei 21 %) [1 ].

Das obige Bild zeigt den Trend der Sauerstoffveränderungen in der Atmosphäre. Die Pfeile zeigen auf das Große Oxidationsereignis.

Vor 3,8 bis 2,45 Milliarden Jahren: Es gab praktisch keinen Sauerstoff in der Atmosphäre

Vor 2,45 bis 1,85 Milliarden Jahren: Sauerstoff wurde produziert, aber vom Ozean und den Gesteinen am Meeresboden absorbiert.

Vor 1,85–850 Millionen Jahren: Sauerstoff trat aus dem Ozean aus, wurde von der Landoberfläche absorbiert und bildete die Ozonschicht.

Vor 850 Millionen Jahren – heute: Sauerstoff reichert sich weiterhin an.

Danach trat ein Phänomen auf, das die Ökologie der Erde veränderte: Pflanzen begannen zu landen! Die ersten Pflanzen, die auf der Erde landeten, versuchten lediglich zu überleben, doch ihre unbegrenzte Vermehrung verursachte eine ökologische Krise auf der Erde.

Die ursprünglichen Pflanzen hatten keine Blätter. Durch die Photosynthese der Pflanzen stieg der Sauerstoffgehalt auf der Erde allmählich an. Nach etwa 100 Millionen Jahren wilden Wachstums erreichte der Sauerstoffgehalt der Erde im Karbon (vor 360 bis 280 Millionen Jahren) einen beispiellosen Höchststand und überschritt 30 %. Durch die hohe Sauerstoffkonzentration entstanden auf der Erde unzählige Riesentiere und Urzeitmonster, wie zum Beispiel über einen Meter lange Libellen.

Doch es kam zur ersten Krise der Pflanzengeschichte ! Diese Krise hätte die Natur beinahe zerstört.

Damals absorbierten die Pflanzen Kohlendioxid wie verrückt, und infolgedessen reichte der Kohlendioxidvorrat der Erde schlagartig nicht mehr aus! ! ! Oh Scheiße, was zur Hölle, nicht genug Kohlendioxid? Das stimmt. Finden Sie den heutigen Treibhauseffekt nicht seltsam?

Tatsache ist jedoch, dass auf der Erde nicht genügend Kohlendioxid für die Photosynthese vorhanden ist. Pflanzen überleben mit Kohlendioxid (Rohstoffe für die Photosynthese: Wasser und Kohlendioxid). Wenn das Kohlendioxid erst einmal verschwunden ist, können die Pflanzen nicht überleben und es kommt zur ersten Pflanzenkrise.

Rohstoffe für die Photosynthese

Unzählige Pflanzen starben. Zu dieser Zeit kam es dank der Entstehung von Pilzen zur Zersetzung der Leichen und der Kohlendioxidmangel wurde ausgeglichen. Gleichzeitig begannen einige Pflanzen, nach neuen Wegen zu suchen, und Blätter erschienen auf der Bühne. Schließlich wurde heute ein relatives Gleichgewicht erreicht, das heißt, es gibt sowohl Abbau als auch Produktion.

Riesig zu sein ist ein Kraftvorteil, aber es bedeutet auch Druck. Für Riesenorganismen stellt die Nahrung eine zentrale Einschränkung und einen Selektionsdruck dar. Normale Menschen wie wir können sich mit 2 Kilogramm Nahrung pro Tag satt fühlen, ein Wal muss jedoch mehrere Tonnen pro Tag fressen. Daher ist die Nahrung ein Schlüsselfaktor bei der Entstehung riesiger Organismen.

03. Riesiges Reptil

Natürlich glaube ich, dass viele Leute über eine andere Art riesiger Lebewesen sprechen möchten, nämlich die Reptilien, die durch die Dinosaurier repräsentiert werden (tatsächlich sind Dinosaurier eine Ordnung und die Klassifizierung ist sehr kompliziert, aber aus Gründen der Populärwissenschaft verwenden wir einfach das Wort Dinosaurier). Tatsächlich handelt es sich bei Dinosauriern um eine sehr komplexe Gruppe, zu der große und kleine, fleischfressende und pflanzenfressende Tiere gehören. In diesem Artikel geht es hauptsächlich um große Pflanzenfresser.

Zu dieser Zeit erschienen viele riesige Lebewesen auf der Erde, wie zum Beispiel der Argentinosaurus, der 35–40 Meter lang war und etwa 90 Tonnen wog. Natürlich gibt es auch viele bekannte Mamenchisaurus, die alle sehr groß sind.

Warum gab es in dieser Zeit so viele riesige Kreaturen? Zwei Gründe

1: Jede Menge Essen. Dies ist der Pflanzenfaktor, den ich oben erwähnt habe. Nachdem die Pflanzen auf der Erde gelandet waren, fehlten ihnen genügend Feinde, was zu ihrer abnormalen Verbreitung führte. Pflanzenfressende Dinosaurier ernähren sich von Pflanzen. Es besteht also kein Mangel an Nahrung und natürlich auch kein ausreichender Selektionsdruck. Andernfalls würden die Dinosaurier verhungern, wenn es auf der Erde nicht genügend Nahrung gäbe, beispielsweise wenn sie in die kambrische Periode geworfen würden.

2: Großer Temperaturvorteil (mittlere Temperatur). Wenn es um die Temperatur von Tieren geht, muss jeder an wechselwarme und gleichwarme Tiere denken, zu den ersteren gehören Reptilien, zu den letzteren Säugetiere. Aber um welche Art von Dinosaurier handelte es sich? Tatsächlich sollten Dinosaurier nicht mit den beiden oben genannten Methoden beschrieben werden, sondern eher mit Endothermie und Ektothermie.

Vereinfacht ausgedrückt: Wovon hängt die Temperatur eines Organismus hauptsächlich ab? Einige Organismen regulieren ihre Temperatur hauptsächlich durch Veränderungen der Außentemperatur. Ein typisches Beispiel hierfür sind wechselwarme Organismen. Sie reagieren sehr empfindlich auf die Temperatur und sogar das Schlüpfen von Männchen und Weibchen hängt von der Temperatur ab. Ein anderer Teil der Organismen hält seine Temperatur durch den Stoffwechsel aufrecht, typischerweise Säugetiere, die über lange Zeit eine konstante Temperatur aufrechterhalten können, unabhängig davon, ob es Eis und Schnee ist oder die Sonne brennt.

Um welche Art Dinosaurier handelt es sich? Sie befinden sich in einem Übergangsstadium, und möglicherweise gibt es sie alle, denn die Dinosaurier sind eine Ordnung mit unzähligen Typen, genau wie das heutige Ökosystem der Erde. Manche sind endotherm, manche ektotherm, und es gibt auch einen Riesentyp, der mit einem anderen Wort beschrieben werden sollte: Gigantentemperatur (auch Mesotherme genannt) . Was ist Megathermie?

Ich glaube, jeder sollte sich an eine biologische Theorie namens Bergmannsches Gesetz erinnern, die besagt, dass Tiere, die an kalten Orten leben, größer sind. Das Prinzip ist das Problem der spezifischen Oberfläche . Nehmen wir als Beispiel ein theoretisches kugelförmiges Huhn.

Die Oberfläche einer Kugel wird mit der Formel 4πr^2 berechnet, wobei r der Radius der Kugel ist.

Die Formel zur Berechnung des Volumens einer Kugel : Vsphere = (4/3)πr^3 , r ist der Radius der Kugel

Die relative Oberfläche der Kugel beträgt 3/r. Das heißt, die relative Oberfläche ist umgekehrt proportional zum Radius . Intuitiv, wie in der Abbildung unten gezeigt. Mit zunehmendem Radius nimmt das Volumen viel schneller zu als die Oberfläche.

Das Verhältnis der beiden, also der Trend der relativen Oberflächenänderung, bedeutet, dass mit zunehmendem Radius die relative Wärmeableitungsfläche deutlich abnimmt.

Bei Dinosauriern führte ihre enorme Größe zu einem Skaleneffekt, der eine gigantische Temperaturtoleranz zur Folge hatte. Bei manchen Dinosauriern ermöglichte ihr enormer Größenvorteil eine geringere Wärmeableitung und somit die Aufrechterhaltung einer guten Körpertemperatur. Sie müssen ihren Stoffwechsel nicht steigern, um ihre Körpertemperatur aufrechtzuerhalten, wie dies bei homoiothermen Tieren der Fall ist, und sie verändern ihre Körpertemperatur auch nicht mit dem Tageslicht, wie dies bei poikilothermen Tieren der Fall ist.

Aufgrund des Volumeneffekts hatten die Riesendinosaurier eine enorme Temperatur, was ihren Energieverbrauch tatsächlich reduzierte.

04. Zeitgenössische Riesenkreaturen

Was die heutigen Großlebewesen betrifft, gibt es weniger Reptilien, dafür aber mehr Säugetiere, typischerweise vertreten durch Wale und Elefanten. Tatsächlich stellt man bei genauerem Vergleich fest, dass diese riesigen Tiere im Grunde Pflanzenfresser sind oder sich von Lebewesen ernähren, die besonders leicht zu fangen sind. Warum? Der Schlüssel ist: Essen.

Ein riesiges Lebewesen mit einem enormen Nahrungsbedarf. Nur Tiere wie Elefanten, die den ganzen Tag über ununterbrochen fressen, können ihre enorme Größe beibehalten. Elefanten können jedoch nur eine bestimmte Größe erreichen, es wäre für sie schwierig, noch größer zu werden.

Aber Wale sind eine Ausnahme. Warum? Das liegt am Ozean.

Erinnern Sie sich an das Konzept der spezifischen Wärme in der Physik? Die spezifische Wärmekapazität von Wasser beträgt 4,2*10^3 Joule/Kilogramm und ist damit viel höher als die vieler Feststoffe. Eine hohe spezifische Wärmekapazität führt dazu, dass sich die Temperatur des Wasserkörpers weniger ändert und er eine starke Temperaturregulierungsfähigkeit besitzt. Sogar die Aufrechterhaltung der Temperatur auf der gesamten Erde hängt bis zu einem gewissen Grad mit Wasser zusammen (natürlich ist die Sonne die grundlegende Kraft dahinter).

Der evolutionäre Weg der Wale

Säugetiere wie Wale profitieren durch ihr Leben im Meer von den kleinen Schwankungen der Wassertemperatur und müssen ihren Stoffwechsel nicht wesentlich steigern, um ihre Körpertemperatur aufrechtzuerhalten. Natürlich glaube ich, dass auch Wale selbst ein gewisses Maß an Hyperthermie aufweisen.

Okay, das war’s. Lassen Sie mich ein Fazit ziehen.

Einer der Faktoren, die zu der enormen Größe prähistorischer Insekten führten, war Sauerstoff. Bei prähistorischen Dinosauriern waren es die Nahrung und die enormen Temperaturen, die zu ihrer enormen Größe führten. Bei modernen Säugetieren sind die Faktoren, die zu ihrer enormen Größe geführt haben, immer noch Nahrung und Temperatur. Natürlich war die Sauerstoffkonzentration in der Zeit der Dinosaurier etwas höher als heute, es muss also gewisse Vorteile gegeben haben.

1. Holland H D. Die Sauerstoffversorgung der Atmosphäre und der Ozeane[J]. Philosophical Transactions of the Royal Society of London B: Biological Sciences, 2006, 361(1470): 903-915.