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章魚為什麼沒有進化出骨骼

圖文 更新时间:2024-07-18 21:19:33

頭足類很難演化成高智慧生物。它們特殊的生理和生物化學特征讓他們在與脊椎動物的競争中處于劣勢進而演化出不利于高智慧産生的特征,例如短壽命,缺乏代際交流和個體偏小等。

頭足類使用噴水推進來遊泳。噴水雖然很,但效率比起魚類來說過低。魚類通過讓水向後加速來獲得前進的動力,在水中波動的魚可以以較低的速度時将大量水向後推,而噴水推進隻能讓外套腔中被吸入的水加速。為了獲得相等的動量,頭足類必須把水加速到更高的速度。在這種加速過程中,投入的大部分能量并沒有以動量的形式恢複。

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遊泳的章魚,章魚是最不依賴噴水的頭足類。

噴水運動是不連續的。盡管鱿魚噴出水流的速度是魚類推水速度的10倍以上,同時具有良好的流線型和大量增加彈性的膠原蛋白,它們的持續遊泳速度也隻有魚類的一半,效率也隻有魚類的的三分之一(Alexander 1977)。因此,有些半底栖的烏賊經常用鳍遊泳,而所有的烏賊都在一定程度上利用鳍來懸停和機動;然而,鱿魚在任何速度下都依賴于噴水系統,沒有它甚至不能懸停(O’dor和Balch 1985)。

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一大群集群生活的鱿魚。

然而,在個體較小的情況下,噴氣推進比波動遊泳更有效。即使是最小的鱿魚幼仔(150 pg,總長度2毫米)在逃生過程中也可以達到15厘米每秒的速度(O' dor等人,1985年),這是魚類不可想象的;

噴水推進對“小個體”的選擇壓力可能是推動頭足類速生速死演化的一個主要因素。這局限了頭足類的大型化,隻有30%的開眼亞目鱿魚外套膜長度大于15厘米,而且幾乎所有的大型鱿魚都屬于開眼亞目。

同時,小個體更具有競争力意味着成年頭足類應該在後代身上投入大量資源,因為後代有較高的生長率,而且比成年烏賊在與魚類的競争中更具有優勢。因此,鱿魚進行長途的生殖洄遊,将卵産在最适合幼仔生長的地方,然後投入大量資源産卵後死去,導緻了短壽命和缺乏代際交流;這對于底栖生活的章魚同樣适用,因為章魚的幼體也有浮遊生活,使用噴水推進。

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幼體頭足類有着比魚類幼體更強的競争力,因為它們代謝速度更快,運動效率也更高。

另一個大問題就是頭足類缺乏血紅素,而血藍色素效率比血紅素低很多,大概是因為兩個血藍蛋白單體才能綁定一個氧分子。頭足類動物血液的攜氧能力不到脊椎動物的一半,這導緻它們需要8倍的血流量才能達到魚速度的一半。

因此,頭足類擁有三顆具有複雜的彈性動脈結構和高度有氧的心髒肌纖維設計的心髒,依靠泵出大量血液為高速運動提供氧氣。在章魚中,血氧飽和度高達76%,而在應激中,動脈血飽和度通常超過98%,即使在氧氣分壓低于2.5 kPa的水域,飽和度也從不低于70% (Houlihan et al. 1982)。同時,随着遊泳速度的增加,噴射系統會自動增加流過鰓的水流。即使沒有血紅蛋白,頭足類在所有水生變溫動物中也能以迄今為止觀察到的最高速率消耗氧氣和能量。

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頭足類的三顆心髒(兩顆鰓心)實際上是血液供氧能力不足的無奈之舉。

這意味着頭足類在運動中幾乎沒有增加供氧量的餘地;在高速運動時,頭足類的耗能隻比靜止時增加三分之一,而魚類至少三倍;同時,在噴射推進中,外套腔内高達50千帕的壓力将會對血液提供強大的推力,使其流向身體未受壓的區域。因此,鱿魚頻繁使用低效率的無氧呼吸。

由于血液攜氧能力的天生不足,甚至不能滿足與魚類競争的運動功能需要,頭足類更難以供養起高智慧需要的高耗氧的巨型大腦,即使它們現在的大腦比大多數生物都好。

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不用噴水遊泳的章魚的循環系統壓力沒有鱿魚那麼大,不過沒有血紅素還是很難過。

另外,頭足類缺乏脂肪代謝能力,這導緻其耐饑性差,容易遭受滅絕,而脊椎動物積累大量脂肪能量作為儲備,保持其長時間生存與演化,更易于智慧的逐漸積累。

頭足類動物傾向于大量消耗高蛋白食物,消化迅速,轉換效率高,并且生長而不是儲存能量。它們的新陳代謝适應于直接使用碳水化合物,而利用蛋白質儲備能量而不是脂肪,這是軟體動物代謝系統的傳統特征。甲殼類和軟體動物在烏賊的食物中所占的比例要大于它們在魚類食譜中的比例,當食用魚的油脂含量高時,因為它們難以消化油脂,會産生浮在水面的糞便。這是由于軟體動物體内沒有乳化劑和合适的酶決定的。

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捕食魚類的頭足類幼體。鱿魚吃油魚,會比人噴射得更厲害。

頭足類約有80%的肌肉,而隻含有5%的脂肪。淺海頭足類在不進食的情況下隻能生存3周,在2000公裡的生殖洄遊時必須不斷捕食以維持生存;而魚類在靜息的情況下能存活600天以上,即使以臨界速度遊動,它的脂肪儲備也能維持近80天。

當魚類以最适宜的速度遊動時,代謝率會增加到靜止時的近六倍,但同樣2000公裡的行程隻消耗40%的脂肪儲備。剩餘的脂肪仍可供其完成整個洄遊來回和生殖需要,而不需進食任何食物。如果頭足類和魚類一樣能夠有效使用脂肪,它們也不一定非要在生殖後因儲備耗盡而死。

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集群産卵的鱿魚,由于長途饑餓需要能量補充,繁殖季節的鱿魚會種内互食,而魚類就沒這個麻煩——首先,一樣大小的魚也确實吞不進去同類。

至于經常說的髓鞘問題,其實影響并不大。畢竟,你不會期待一隻有髓鞘,但天天被鳥吃得速生速死,個體微小的一隻蟲子演化成高智慧吧?

然而,頭足類仍是無脊椎動物中最先進的存在,它們比其他無脊椎動物對脂類的利用能力都要高,噴水遊泳也比任何節肢動物的附肢劃水更有效率,神經系統和循環系統更是鶴立雞群。然而,這樣的種族也在與魚類的競争中處于劣勢——隻能說,脊椎動物可能天生就注定是世界的主宰。

比起期待頭足類搞出髓鞘和僞脊椎之類想想就很難辦的事,不如期待章魚能快點弄出脂肪酶,乳化劑(已經有苗頭了,章魚脂肪利用率和含量都是無脊椎前列)、群居(有苗頭)、底栖大幼體,多次産卵不死(有不少),加上不用噴水的底栖生活,最好搞出血紅素(八字沒一撇),高智慧的可能還是有的……

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群居生活的太平洋條紋蛸(可能是),有初步的社會互動和非生完就死的模式。

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