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為了要維持體溫恆定,你得要付出多少代價?──《生命的躍升》

貓頭鷹出版社_96
・2012/07/17 ・4614字 ・閱讀時間約 9 分鐘 ・SR值 511 ・六年級

有一首美國童謠歌詞是這樣說的:「你是一個火車駕駛,時光從旁快速飛逝。」很多人可能還記得一些兒時情景,你或許曾坐在爸爸的汽車後座,感覺時光一分一秒過去,緩慢到讓人麻木,好像永遠到不了終點,於是你不停地問:「爸!我們到了沒呀?」又或許很多讀者也還記得,曾沮喪地看著自己的祖父母或是父母漸漸年邁,舉止緩慢像蝸牛,到最後甚至可以坐在那裡不動,數小時對他們宛如只是數分鐘般。這兩種極端都是我們生活中會經驗到的節奏,或可稱為人生的行板。

你不需要是愛因斯坦,就知道時間是相對的。不過愛因斯坦所建立關於時間與空間的嚴格定律,如果用在生物學上恐怕更讓人印象深刻。像英國名人佛洛伊德爵士曾經說過:「如果你下定決心要戒菸、戒酒跟戒女人,你並不會真的活比較久,只不過是感覺活比較久。」但是關於兒童時期時光飛逝,與老年時期時間蝸步化,則確實是有意義的。這跟我們的內在設定有關,也就是說跟我們的新陳代謝速率、心跳速率與我們細胞燃燒食物的速率有關。

就算在成人之間,活躍的與懶散的人差異也甚大。大部分的人都會慢慢改變新陳代謝速率。我們的行動漸漸趨緩,身體漸漸變胖這些現象,完全取決於新陳代謝速率,而每個人的速率都不同。兩個人就算吃一樣的東西,運動量也一樣,但是在休息的時候所燃燒的卡路里量還是不會相同。

不過恐怕沒有任何差異,比溫血動物跟冷血動物兩者新陳代謝速率的差異還要大了。雖然我用的這幾個詞彙,常讓生物學家敬而遠之,不過它們對普羅大眾來說卻十分生動清晰,一點也不比那些拗口的專業術語像是「恆溫性」還是「變溫性」來得含糊。這實在是一件令人十分好奇的事情:我注意到關於生物上的種種特徵,我們很少有如同對身為溫血動物如此感到自豪的了。比如說,在報章雜誌或是在網路上,常常可見各種針鋒相對的爭論,關於恐龍究竟是溫血動物還是冷血動物,其激烈的程度根本無法用理性去解釋。

或許,對某些人來說,這有其根本上的差異,關乎到我們身而為人的尊嚴,關乎到我們單純只是巨大蜥蜴的獵物?還是在對抗一種聰明狡猾移動迅速的怪獸,以至於讓我們每天必須提心吊膽絞盡腦汁才能存活?看起來,我們哺乳類對於過往那段悲慘歲月仍心懷怨恨,那時我們還只是毛茸茸的小動物,必須為躲避當時的頭號掠食者而被迫禁錮於地底。但無論如何那也是一億兩千萬年前的事了,不論從哪個角度來看都算是久遠的時光。

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所謂溫血動物講的就是新陳代謝速率以及生命步調。溫血本身就好處多多,所有的化學反應,溫度愈高就進行得愈快,鞏固生命的生化反應自然也不例外。光是在一小段對生物有意義的溫度區間裡,比如說從攝氏零度到四十度,生化反應在動物體內的表現就有天壤之別。在這段區間裡,溫度每升高十度,氧氣的消耗量就多兩倍,反映出來的就是更多的耐力與力量。所以一隻動物體溫若是攝氏三十七度,就比攝氏二十七度要有力兩倍,就比攝氏十七度要有力四倍。

不過在很大的程度上,溫度本身並沒有太大的意義。所謂溫血動物並不必然比冷血動物要更熱,因為大部分的爬蟲類都自有一套吸收太陽能的辦法,可以把牠們的核心溫度加溫到跟哺乳類與鳥類一樣高。當然爬蟲類無法在晚上還維持這樣的高溫,但是哺乳類跟鳥類到了晚上一樣要休息。雖然牠們也大可在夜間降低自己的核心溫度來節省能量,不過哺乳類與鳥類卻很少這樣做,而就算有也降得不多(蜂鳥倒是經常呈現昏迷狀態以節省能量)。在這個節能減碳的年代裡,哺乳類的行為恐怕會讓環保主義者氣得跳腳:我們的恆溫器被卡在攝氏三十七度,不管需要還是不需要,一天二十四小時,一年三百六十五天,天天如此。關於替代能源也別想了,我們無論如何不可能像蜥蜴一樣利用太陽能,我們永遠只能利用內在的煤炭火力發電廠,來生產大量的熱能,這讓我們也因此留下大量的碳足跡。哺乳類天生就是環保不良分子。

或許你會認為,哺乳類到了晚上仍然火力全開,是為了要讓牠們一大早就頭腦清醒取得先機,不過蜥蜴要把體溫升高到可以活動的程度也花不了多少時間。舉例來說,美洲的無耳蜥蜴在頭頂有一個血竇,透過它可以很快地加溫全身的血液。每天早晨無耳蜥蜴會把頭伸出洞穴外曬太陽,同時張大眼睛保持警戒,看看有無掠食者,一有危險牠們就會迅速縮回洞裡。通常大概只消半個小時的時間,就加熱到可以出外探險的程度了,這樣開始一天的工作倒不失為一個愜意的方式。依照慣例,天擇不會只滿足於一種功能。有一些蜥蜴頭頂的血竇跟眼皮有連結,一旦被掠食者抓到,牠們會激動地把血液射向掠食者,比如說像狗之類的動物,而這味道對掠食者來說,並不好受。

維持體溫的另一種方式就是體型。你不需要是一名偉大的白人獵人,也可以想像出,兩隻動物皮毛伸展開來鋪在地上所蓋住的面積大小。假設其中一隻蓋住的長跟寬都是另一隻的兩倍,這樣一來比較大的那隻動物蓋住的面積,就會是比較小那一隻的四倍(2×2=4),不過牠的體重會是八倍,因為牠的深度一樣會比小的那隻大兩倍(2×2×2=8)。如此,長寬高各增為兩倍的話,表面積對重量比就是一半(4÷8=0.5)。

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又假設每一公斤的體重都會產生相等的熱量,大型動物會因為比較重,所以產生較多的內在熱量。同時牠們能量損失也會比較慢,因為牠們的表面積相對較小(相對於產生的內在熱量而言)。所以,動物愈大,體溫愈高。這種趨勢到了一定的程度,本來是冷血動物也會變得跟溫血動物一樣。好比說像短吻鱷,嚴格地來說算是冷血動物,但是牠可以維持接近溫血動物的體溫很久很久。晚上就算牠只產生很少的內在熱量,但過一夜之後核心溫度也不過下降個幾度而已。

很多恐龍都可以輕易地超過這個體型臨界值,讓牠們幾乎跟溫血動物毫無二致;特別是在那段遠古的美好時期,氣候溫暖舒適,整個地球上的生物都過得十分享受。那段時期沒有冰河,大氣中二氧化碳的濃度更是今日的十倍左右。換句話說,根據幾個簡單的物理原理我們可以知道,不管恐龍的代謝狀態為何,牠們都可能是溫血的。就算對巨大的草食恐龍來說,如何散熱恐怕也比如何產熱要來得麻煩。牠們有些具有奇特的解剖構造,比如說像劍龍的巨大背板,或許次要功能就是用來散熱,跟今日大象的耳朵差不多。

如果事情就這麼簡單,那麼恐龍到底是不是溫血動物就沒有什麼好爭議的了。根據上面那狹義的定義,恐龍當然是溫血動物,或者至少有很多恐龍是。對於那些喜歡賣弄術語咬文嚼字的人來說,這叫做「慣性內溫性」。恐龍不只可以持續維持體內的高溫,牠們甚至跟現代哺乳類一樣,可以靠燃燒碳來產生內在熱量。所以,到底是根據哪種廣義的定義,認為恐龍不是溫血動物?關於這點嘛,或許有一些恐龍仍然符合廣義的定義,我晚一點會解釋。但是若真想了解哺乳類跟鳥類溫血的獨特性,就必須反轉剛剛那個趨勢,我們要回頭去看看小型動物,看看那些低於「溫血臨界值」的小動物是怎麼一回事。

想想看蜥蜴吧。根據定義,蜥蜴是冷血動物,也就是說蜥蜴在晚上無法維持體內溫度。鱷魚之類的動物或許還可以,但是體積愈小的動物就愈不可能維持。其他像是毛髮或是羽毛之類的保暖裝備,充其量只能保護到一定的程度,而有時候甚至會阻礙動物從環境裡吸收熱能。如果你幫蜥蜴穿一件毛大衣的話(不消說,嚴謹的科學家早就試過了),蜥蜴只會愈來愈冷,因為牠既無法順利地從太陽吸收熱量,體內也無法產生足夠的熱量來補償。這種現象跟哺乳類或是鳥類非常不同,而這正是我們符合真正溫血動物定義的原因。

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哺乳類跟鳥類比起相同體積的蜥蜴來說,可以產生十到十五倍之多的內在熱量。不管外在環境如何,牠們都會持續產熱。如果你把蜥蜴跟哺乳類動物放在一個令人窒息的炎熱環境中,哺乳類動物仍然會一直產生十倍於蜥蜴的能量,甚至到有害的程度牠都不管。因此到後來哺乳類會需要走出去透透氣:牠會需要喝水、要泡水,牠會氣喘吁吁,牠會要找塊陰影乘涼、要搧風、喝點雞尾酒,或是打開冷氣。而蜥蜴呢?牠只會很舒服地待在那裡。無怪乎蜥蜴,或者大部分的爬蟲類,都可以在沙漠裡混得很好。

反過來說,如果把兩者放在冷的環境裡,像是冷到結冰的地方,蜥蜴此時會把自己埋到樹葉堆裡捲起來睡覺。老實說,很多小型哺乳類也會幹一樣的事情,不過這並不是我們預設的程式。我們預設的程式剛好相反,它會要我們燃燒更多食物。哺乳類在寒冷氣候中生存時,要花上比蜥蜴多一百倍的代價。就算是在溫帶好了,好比說攝氏二十度的環境,大約是歐洲宜人的春天氣溫,兩者差異也有天壤之別,大約是三十倍。要維持哺乳類驚人的新陳代謝速率,牠們必須燒掉比爬蟲類多三十倍的食物。這可不是只有一次,牠們每一天都要吃掉爬蟲類一個月分量的食物。既然天下沒有白吃的午餐,這樣的消耗量真的是非常龐大。

所以現在的情況是,要做一隻哺乳類或是鳥類所要付出的代價,比做一隻蜥蜴要多了大約至少十倍,而且經常遠高於此。如此昂貴的生活方式到底為我們帶來什麼?最明顯的答案就是領土擴張

溫血生理或許不適合在沙漠中生活,但是卻可以讓動物在夜間巡弋,或者在冬季以及溫帶地區活躍,而這些對蜥蜴來說都不可能。另外一個優點則是腦力,雖然表面上看起來關聯沒有那麼明顯。相較於蜥蜴來說,哺乳類的腦容量與體積比,顯然大了很多。雖說大腦袋並不保證一定比較聰明或者比較機智,不過看起來較快的新陳代謝才能支持較大的腦容量,而動物不用特別花資源去照顧它。這意思是說,假設哺乳類跟蜥蜴都需要花百分之三的資源給大腦,而哺乳類可以支配比蜥蜴多十倍的資源,牠就可以養比蜥蜴大十倍的腦袋,而事實上也正是如此。附帶提一下,靈長類動物,特別是人類,往往分配更多資源給大腦。以人類為例,我們貢獻了大概百分之二十的資源給大腦,儘管它只占了身體重量幾個百分點而已。不過我猜,其實腦力很可能只是某種附加價值,對溫血動物的生活方式來說,這可能是在不增加額外負擔的情況下所發展成的。要養一顆大腦袋其實有其他更便宜的方法。

不過簡而言之,用領土擴張、夜間活動跟超大腦力去換取溫血動物巨額的新陳代謝,看起來其實不怎麼划算。我們一定忽略了些什麼。從付出的角度來看,不斷地吃、吃、吃所要付出的代價可不只是肚子痛而已。動物要花大量的時間與精力用來尋找糧食、打獵或是種植蔬果,其中大部分的時間都要暴露在掠食者或是競爭者的威脅之下。食物會吃光,會枯竭。很明顯地你吃得愈快,就愈快吃光食物。

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另外你的族群數量也會減少。根據經驗法則,代謝速率會控制族群大小,因此爬蟲類的數量往往是哺乳類的十倍左右。同樣的,哺乳類的子代數量也比較少(不過牠們也因此可以給較少的子代每個個體較多的資源)。另外生命周期也會隨著新陳代謝速率而不同。佛洛伊德的笑話雖然適用於人類,但可不適用於爬蟲類。爬蟲類的生活或許無趣而緩慢,但是牠們真的活得比較久。像是巨龜可以活好幾百年。

所以保持溫血要付出的代價十分慘烈。溫血動物生命周期短,還要花很多時間在危險中吃飯。牠們只能產生少量子代,並且維持較小的族群,而這兩個特性都很容易受到天擇無情的鞭笞。我們換回來的是可以在晚上冷風颼颼中外出的權利,這交易看起來真是遜透了,特別是晚上我們無論如何還是要睡覺。但是在這生命的聖殿裡,我們還是會習慣性地給哺乳類與鳥類最高評價。到底有什麼東西是我們有而爬蟲類沒有的?而這東西最好夠格。

(全文未完)


本文摘自《生命的躍升:40億年演化史上最重要的10個關鍵》第八章 〈熱血沸騰--衝破能量的藩籬〉。本書由貓頭鷹出版社出版,獲2012年7月PanSci選書推薦。

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貓頭鷹自 1992 年創立,初期以單卷式主題工具書為出版重心,逐步成為各類知識的展演舞台,尤其著力於科學科技、歷史人文與整理台灣物種等非虛構主題。以下分四項簡介:一、引介國際知名經典作品如西蒙.德.波娃《第二性》(法文譯家邱瑞鑾全文翻譯)、達爾文傳世經典《物種源始》、國際科技趨勢大師KK凱文.凱利《科技想要什麼》《必然》與《釋控》、法國史學大師巴森《從黎明到衰頹》、瑞典漢學家林西莉《漢字的故事》等。二、開發優秀中文創作品如腦科學家謝伯讓《大腦簡史》、羅一鈞《心之谷》、張隆志組織新生代未來史家撰寫《跨越世紀的信號》大系、婦運先驅顧燕翎《女性主義經典選讀》、翁佳音暨曹銘宗合著《吃的台灣史》等。三、也售出版權及翻譯稿至全世界。四、同時長期投入資源整理台灣物種,並以圖鑑形式陸續出版,如《台灣原生植物全圖鑑》計八卷九巨冊、《台灣蛇類圖鑑》、《台灣行道樹圖鑑》等,叫好又叫座。冀望讀者在愉悅中閱讀並感受知識的美好是貓頭鷹永續經營的宗旨。

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除了蚯蚓、地震魚和民間達人,那些常見的臺灣地震預測謠言
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/02/29 ・2747字 ・閱讀時間約 5 分鐘

本文由 交通部中央氣象署 委託,泛科學企劃執行。

  • 文/陳儀珈

災害性大地震在臺灣留下無數淚水和難以抹滅的傷痕,921 大地震甚至直接奪走了 2,400 人的生命。既有這等末日級的災難記憶,又位處於板塊交界處的地震帶,「大地震!」三個字,總是能挑動臺灣人最脆弱又敏感的神經。

因此,當我們發現臺灣被各式各樣的地震傳說壟罩,像是地震魚、地震雲、蚯蚓警兆、下雨地震說,甚至民間地震預測達人,似乎也是合情合理的現象?

今日,我們就要來破解這些常見的地震預測謠言。

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漁民捕獲罕見的深海皇帶魚,恐有大地震?

說到在坊間訛傳的地震謠言,許多人第一個想到的,可能是盛行於日本、臺灣的「地震魚」傳說。

在亞熱帶海域中,漁民將「皇帶魚」暱稱為地震魚,由於皇帶魚身型較為扁平,生活於深海中,魚形特殊且捕獲量稀少,因此流傳著,是因為海底的地形改變,才驚擾了棲息在深海的皇帶魚,並因此游上淺水讓人們得以看見。

皇帶魚。圖/wikimedia

因此,民間盛傳,若漁民捕撈到這種極為稀罕的深海魚類,就是大型地震即將發生的警兆。

然而,日本科學家認真蒐集了目擊深海魚類的相關新聞和學術報告,他們想知道,這種看似異常的動物行為,究竟有沒有機會拿來當作災前的預警,抑或只是無稽之談?

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可惜的是,科學家認為,地震魚與地震並沒有明顯的關聯。當日本媒體報導捕撈深海魚的 10 天內,均沒有發生規模大於 6 的地震,規模 7 的地震前後,甚至完全沒有深海魚出現的紀錄!

所以,在科學家眼中,地震魚僅僅是一種流傳於民間的「迷信」(superstition)。

透過動物來推斷地震消息的風俗並不新穎,美國地質調查局(USGS)指出,早在西元前 373 年的古希臘,就有透過動物異常行為來猜測地震的紀錄!

人們普遍認為,比起遲鈍的人類,敏感的動物可以偵測到更多來自大自然的訊號,因此在大地震來臨前,會「舉家遷徙」逃離原本的棲息地。

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當臺灣 1999 年發生集集大地震前後,由於部分地區出現了大量蚯蚓,因此,臺灣也盛傳著「蚯蚓」是地震警訊的說法。

20101023 聯合報 B2 版 南投竹山竄出蚯蚓群爬滿路上。

新聞年年報的「蚯蚓」上街,真的是地震警訊嗎?

​當街道上出現一大群蚯蚓時,密密麻麻的畫面,不只讓人嚇一跳,也往往讓人感到困惑:為何牠們接連地湧向地表?難道,這真的是動物們在向我們預警天災嗎?動物們看似不尋常的行為,總是能引發人們的好奇與不安情緒。

如此怵目驚心的畫面,也經常成為新聞界的熱門素材,每年幾乎都會看到類似的標題:「蚯蚓大軍又出沒 網友憂:要地震了嗎」,甚至直接將蚯蚓與剛發生的地震連結起來,發布成快訊「昨突竄大量蚯蚓!台東今早地牛翻身…最大震度4級」,讓人留下蚯蚓預言成功的錯覺。

然而,這些蚯蚓大軍,真的與即將來臨的天災有直接關聯嗎?

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蚯蚓與地震有關的傳聞,被學者認為起源於 1999 年的 921 大地震後,在此前,臺灣少有流傳地震與蚯蚓之間的相關報導。

雖然曾有日本學者研究模擬出,與地震相關的電流有機會刺激蚯蚓離開洞穴,但在現實環境中,有太多因素都會影響蚯蚓的行為了,而造成蚯蚓大軍浮現地表的原因,往往都是氣象因素,像是溫度、濕度、日照時間、氣壓等等,都可能促使蚯蚓爬出地表。

大家不妨觀察看看,白日蚯蚓大軍的新聞,比較常出現在天氣剛轉涼的秋季。

因此,下次若再看到蚯蚓大軍湧現地表的現象,請先別慌張呀!

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事實上,除了地震魚和蚯蚓外,鳥類、老鼠、黃鼠狼、蛇、蜈蚣、昆蟲、貓咪到我們最熟悉的小狗,都曾經被流傳為地震預測的動物專家。

但可惜的是,會影響動物行為的因素實在是太多了,科學家仍然沒有找到動物異常行為和地震之間的關聯或機制。

遍地開花的地震預測粉專和社團

這座每天發生超過 100 次地震的小島上,擁有破萬成員的地震討論臉書社團、隨處可見的地震預測粉專或 IG 帳號,似乎並不奇怪。

國內有許多「憂國憂民」的神通大師,這些號稱能夠預測地震的奇妙人士,有些人會用身體感應,有人熱愛分析雲層畫面,有的人甚至號稱自行建製科學儀器,購買到比氣象署更精密的機械,偵測到更準確的地震。

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然而,若認真想一想就會發現,臺灣地震頻率極高,約 2 天多就會發生 1 次規模 4.0 至 5.0 的地震, 2 星期多就可能出現一次規模 5.0 至 6.0 的地震,若是有心想要捏造地震預言,真的不難。 

在學界,一個真正的地震預測必須包含地震三要素:明確的時間、 地點和規模,預測結果也必須來自學界認可的觀測資料。然而這些坊間貼文的預測資訊不僅空泛,也並未交代統計數據或訊號來源。

作為閱聽者,看到如此毫無科學根據的預測言論,請先冷靜下來,不要留言也不要分享,不妨先上網搜尋相關資料和事實查核。切勿輕信,更不要隨意散播,以免造成社會大眾的不安。

此外,大家也千萬不要隨意發表地震預測、觀測的資訊,若號稱有科學根據或使用相關資料,不僅違反氣象法,也有違反社會秩序之相關法令之虞唷!

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​地震預測行不行?還差得遠呢!

由於地底的環境太過複雜未知,即使科學家們已經致力於研究地震前兆和地震之間的關聯,目前地球科學界,仍然無法發展出成熟的地震預測技術。

與其奢望能提前 3 天知道地震的預告,不如日常就做好各種地震災害的防範,購買符合防震規範的家宅、固定好家具,做好防震防災演練。在國家級警報響起來時,熟練地執行避震保命三步驟「趴下、掩護、穩住」,才是身為臺灣人最關鍵的保命之策。

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成體幼體大不同:為什麼哺乳類的幼崽這麼「萌」?——《生物轉大人的種種不可思議》
商周出版_96
・2023/11/20 ・1765字 ・閱讀時間約 3 分鐘

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無法分辨成體和幼體的生物

小孩與大人不一樣。但是有些生物的幼體形態與成體型態相同。

舉例來說,鱷魚的幼體與成體幾乎長得一模一樣,剛破蛋而出的鱷魚寶寶已經具有完整的鱷魚外形,出生後逐年長大,巨大的鱷魚可以長達好幾公尺。不過鱷魚的成長速度在不同環境和溫度下不盡相同,光從大小無法判斷年紀,只看外形也無法分辨是成體或幼體。有些生物的成體和幼體的形態則相差甚遠,好比蝴蝶和蛙類;也有些生物的成體和幼體沒有太大區別,如同鱷魚。

這兩類生物的差別是什麼?

海葵就是幼體和成體相差很多的生物。海葵幼體是一種很像水母的生物,叫做「浮浪幼蟲」 。浮浪幼蟲在海中自由自在漂游,找到喜歡的岩石區時就會落腳,落腳後就不再移動,附著在岩石上長成海葵。移動是海葵幼體的重要任務,長大後的海葵則是肩負產卵留下子代的使命。

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蛙類和蝴蝶的成體與幼體形態也各不相同,不過任務分配上與海葵不同,負責移動的是成體不是幼體。
由此可見,如果一個生物的幼體與成體各有不同任務,彼此的形態就不會相同,而沒有區分任務的生物就具有相同形態。

人類的大人與小孩 

我們人類又是什麼情況呢? 

人類不會因為長大而生出翅膀或尾巴消失。人類的大人和小孩的外型非常相似,但並非完全相同的個體。舉例來說,嬰兒在我們眼中看起來就很可愛。

小孩子可愛的祕密在於他們的寬額頭。嬰兒的眼睛和鼻子集中在臉的下半部,額頭顯得很寬闊,寬額頭會使得整張臉看起來就惹人憐愛。而且嬰兒頭大、四肢短,整體感覺圓滾滾的,帶有人類大人不具備的「可愛感」。假如出現了一個比成年人更巨大的嬰孩,所有人應該還是能夠辨識出他是個嬰兒。人類不像鱷魚,我們不會分辨不出來誰是大人、誰是小孩。 

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人類的大人和小孩具有不同的外型。除了人類,貓狗的寶寶也長得很可愛,即便是凶猛的獅子與灰狼,牠們的幼崽看起來還是很討喜。哺乳類動物的一大特徵,就是「幼體很可愛」。

哺乳類動物的一大特徵,就是「幼體很可愛」。圖/pexels

嬰兒為什麼可愛?

哺乳類動物的嬰兒擁有可愛的外型。

人類出生後先是嬰兒,嬰兒長大是兒童,童年時期的人類依然保有他們的可愛,但是在長大的過程中卻會漸漸失去這種特質。

蛙類的成體和幼體雖然具有不同形態,但是蝌蚪並不是很可愛;蝴蝶小時候是毛毛蟲,反而比較多人覺得毛毛蟲噁心,只有少數人認為牠們可愛。 

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既然如此,哺乳類動物的嬰兒為什麼會可愛?

原因就在於,嬰孩需要大人的保護。哺乳類動物具有育幼行為,牠們的子代需要親代的養育。小孩的可愛外形是為了獲得大人的保護。烏龜以堅硬的龜殼防身,毛毛蟲透過毒毛保護自己,而哺乳類動物的嬰兒則是把「可愛」當護身符。 

嬰兒的寬額頭惹人憐愛。圖/pexels

嬰兒的額頭很寬。為什麼額頭寬看起來就比較討人喜歡呢?因為大人的腦袋裡內建了寬額頭等於可愛的程式。 證據就是只要額頭寬,不管是不是嬰兒看起來都很萌。不過額頭寬並不是為了可愛。

如果說紅燈是「停止」的信號,寬額頭就代表「不可以攻擊」與「要保護他」的信號。

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對於哺乳類動物來說,大人要保護小孩,小孩要被大人保護。大人與小孩的外型相似卻又不盡相同,因為他們肩負不一樣的任務。這樣說來,小孩的任務是什麼呢?小孩的任務很明確,就是「長大」。一個人要有健全的童年,才能成為健全的大人,這就是小孩的任務。

不過近年來人類的大人和小孩越來越難區別了。 總覺得不像小孩的小大人一直在增加,長不大的巨嬰也很多。

——本文摘自《生物轉大人的種種不可思議:每一種生命的成長都有理由,都值得我們學習》,2023 年 8 月,商周出版,未經同意請勿轉載。

商周出版_96
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閱讀商周,一手掌握趨勢,感受愜意生活!商周出版為專業的商業書籍出版公司,期望為社會推動基礎商業知識和教育。

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陸地上的首批動物是什麼?又是如何上岸的呢?——《直立猿與牠的奇葩家人》
大塊文化_96
・2023/08/19 ・3911字 ・閱讀時間約 8 分鐘

從志留紀末期到泥盆紀這段時間,地球的大陸成了首批陸生動物的家園。
狀似馬陸的呼氣蟲是最早的節肢動物先驅。
同時,蜘蛛與蠍子的早期親屬,也利用已在地球表面建立起來的植物與真菌生態系。
牠們在陸地上進食、繁殖與死亡,為陸地食物網增添了新的複雜性,也為後來從水邊冒險登陸的其他動物提供了獎勵。

動物隨著地球的演化踏上岸

隨著地球表面被植物染綠,動物跟隨植物的腳步上岸只是時間問題。

隨著地球表面被植物染綠,動物跟隨植物的腳步上岸只是時間問題。圖/envato

第一批維管束植物在地球大陸的年輕土壤中安家後不久,節肢動物踏進了這些矮樹叢。這些無畏探險家留下的最古老證據之一,是在蘇格蘭亞伯丁附近出土的一塊化石,名為呼氣蟲(Pneumodesmus)。

牠是一種多足類,與馬陸和蜈蚣屬於同一個群體。雖然原本將牠的年代界定在四億兩千三百萬年前的志留紀,但是近期研究顯示牠可能更年輕,生活在最早期的泥盆紀。

無論如何,到了泥盆紀,動物已經在陸地上站穩腳跟,而呼氣蟲更是最早在地球上行走的動物之一。

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發現目前唯一的呼氣蟲化石

目前出土的呼氣蟲化石只有一件,而且只是一塊一公分(○.四英寸)的身體碎片。

然而在這一小塊化石中,可以清楚看到很多隻腳,從一隻可識別的馬陸狀動物的六個體節長出來。

呼氣蟲的外觀可能和這種現代的馬陸很像。圖/大塊文化

更重要的是,呼吸結構的細節清楚可見:外骨骼角質層上有稱作氣門的孔。這些氣門讓氧氣與其他氣體進入並離開身體,這塊化石也是根據這項特徵而命名為呼氣蟲(Pneumodesmus 的「pneumo」來自希臘文的「呼吸」或「空氣」)。

這塊化石提供了第一個呼吸空氣的決定性證據,這是一種全新的演化適應,為數百萬微小的節肢動物探索者,以及追隨牠們的捕食者,開放了大陸的表面。

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最古老的多足類演化過程

在泥盆紀,呼氣蟲並非獨自生活在植被中。還有許多多足類和牠一起生活,最古老的多足類化石出現在志留紀與泥盆紀的岩層。

儘管不屬於任何現代的馬陸或蜈蚣群體,牠們是現存馬陸與蜈蚣的早期親戚,外表與馬陸和蜈蚣非常相似,具有分節的長條狀身體許多腳―馬陸每個體節的兩側各有兩隻腳,蜈蚣則只有一隻。

目前已知有最多腳的馬陸是全足顛峰馬陸(Illacme plenipes),擁有七百五十隻腳。現存的大多數馬陸都是食碎屑動物,以腐爛的植物為食。這些動物的化石紀錄很少,因此每一件化石對於我們瞭解生命從水裡浮現的過程都特別珍貴。

一隻有著 618 條腿的雌性 Illacme plenipes。圖/wikipedia

最早的多足類,可能是受到早期植物產生的新食物來源所吸引,才來到陸地上。

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最早的蛛形綱動物也充分利用了頭頂上的廣闊天地。蛛形綱動物包括蟎、蠍子、蜘蛛與盲蛛。牠們有八隻腳(不同於昆蟲的六隻腳),大多數仍生活在陸地上,儘管少數(如水蛛〔Argyroneta〕)又回到水中生活。

奧陶紀與志留紀的化石顯示,蛛形綱動物和其他節肢動物可能在更早的時候就偶爾會出現在陸地上,但是到了泥盆紀,有些已經完全過渡到能夠呼吸空氣的狀態。最早的蛛形綱動物是角怖蛛,這是一個已經滅絕的群體,看起來像是蜘蛛與蟎的雜交體。

蟎與擬蠍也很多,後來還有類似蜘蛛、具有吐絲管能製造絲的始蛛(Attercopus)。就像今天一樣,這些早期的蛛形綱動物大多是捕食者,可能以其他從水邊冒出來的節肢動物為食。

到泥盆紀末期,出現了第一批昆蟲,據估計,昆蟲構成今日地球上所有動物生命的 90%。最後,一些脊椎動物也過渡到陸地上,這或許是受到尋找新的食物來源所驅動。

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我們所知的陸地生命基礎終於到位了。自此之後,演化在這些群體中繼續發揮作用,創造出我們今日所見的驚人多樣與多量。

節肢動物牠們有什麼用處呢?

節肢動物通常被看作是害蟲,昆蟲尤其如此。

然而,牠們在整個地球的運行中扮演十分重要的角色。現在有超過一萬六千個多足類物種、六萬種蛛形綱動物,以及大約一千萬種的昆蟲。

牠們不僅在地球最早期生態系中舉足輕重,至今對自然界及人類的世界仍然非常重要。

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多足類處理森林中的落葉,成為營養循環中的一個重要齒輪。蜈蚣通常是捕食者,最大的蜈蚣甚至能吃小型哺乳動物與爬蟲類。

蛛形綱動物大多也是捕食性的,因此在調節獵物的族群數量方面,發揮重要的作用。這裡所指的包括昆蟲害蟲在內,這些害蟲數量不受控制,就會損害植物的族群數量。因此,不起眼的蜘蛛對人農業非常重要。

蟎與蜱可以寄生並傳染疾病,對人類及其他動物構成威脅,其他昆蟲也會造成類似的危險。然而,昆蟲的角色變化多端,其價值確實無法估量,包括生產蜂蜜,甚至以其勤奮的活動精明操控整個生態系,例如蜜蜂、螞蟻與白蟻。

許多節肢動物都有毒,有些對人類甚至具有致命性。然而,讓獵物喪失能力和死亡的毒液也可發揮其他用處;蜘蛛毒液已被用作替代的殺蟲劑,科學家也正在研究其醫藥用途,以及在新材料上的應用。

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蜘蛛毒液已被用作替代的殺蟲劑,科學家也正在研究其醫藥用途,以及在新材料上的應用。圖/envato

此外,節肢動物可以為包括彼此在內的無數動物提供食物來源。許多節肢動物是人類的食物,包括狼蛛、蠍子、蚱蜢、白蟻與象鼻蟲等。

目前,世界各地有多達二千零八十六種節肢動物被當成食物,而且至少從舊石器時代開始,牠們已經成為食物的來源。

有人認為,隨著人類人口不斷增加,昆蟲尤其可能在未來提供重要的蛋白質來源―這是資源密集型肉類養殖的替代方案。

我們很難想像一個沒有節肢動物的地球;事實上,這樣的地球可能無法存在。早在泥盆紀,世界就是節肢動物的天下。

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但牠們冒險去到的地方,捕食者也在不遠處。節肢動物的存在,為另一個從水中出現的動物群體提供了食物,而這個動物群體在人類的演化史上特別重要:這裡講的是四足動物。

——本文摘自《直立猿與牠的奇葩家人:47種影響地球生命史的關鍵生物》,2023 年 7 月,大塊文化,未經同意請勿轉載。

大塊文化_96
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由郝明義先生創辦於1996年,旗下擁有大辣出版、網路與書、image3 等品牌。出版領域除了涵括文學(fiction)與非文學(non-fiction)多重領域,尤其在圖像語言的領域長期耕耘不同類別出版品,不但出版幾米、蔡志忠、鄭問、李瑾倫、小莊、張妙如、徐玫怡等作品豐富的作品,得到讀者熱切的回應,更把這些作家的出版品推廣到國際市場,以及銷售影視版權、周邊產品的能力與經驗。