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「动物」恒温动物是如何出现的？


【「动物」恒温动物是如何出现的？】 作者：糖兽
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恒温动物可以利用自身的代谢来调节和维持体温 ， 这种内温性（endothermy）的进化代表了脊椎动物史上的一个重大转变 。 然而 ， 关于鸟类和哺乳动物究竟是如何以及为何演化出内温性的 ， 仍是一个存在重大争议的话题 。
在一篇发表在《科学进展》的新报告中 ， 研究人员将一个传热模型与兽脚亚目恐龙的体型数据结合了起来 ， 他们沿着鸟类的主谱系 ， 重建了代谢率的演化 。 得到的结果表明 ， 身体尺寸的减小为恒温的出现形成了阻力最少的进化途径 ， 它在降低了高昂的能源需求的同时 ， 最大化了热生态位的扩充 。
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鸟类和哺乳动物的内温性进化是脊椎动物进化过程中的一个重要转变 ， 它是一个表现不同物种之间的进化趋同的绝佳例子 。 内温性的出现对这些物种广泛的地理分布和生态成功都至关重要 。 虽然有少数几类无脊椎动物也能将自身体温提高到高于周围环境的温度 ， 但在休憩时依靠自身产生的内源性热量来维持较高的恒定体温 ， 是鸟类和哺乳动物独有的属性 。
内温性使得这些动物具有更大的灵活性、耐力和耐受力 。 然而从能量的角度出发 ， 这种属性是一种成本高昂的生存策略 。 从现有的化石记录中 ， 科学家并没有找到任何实质性的内温性的痕迹 。 因此一直以来 ， 内温性的进化进程与模式都仍是脊椎动物进化学中最容易引起争议的问题 。
为了了解在鸟类和哺乳动物的进化过程中 ， 内温性是在什么时候、以何种方式开始的 ， 有两个基本问题需要被讨论：
1. 与外温性（ectothermy, 即动物从环境吸收热能 ， 依赖行为调节以适应环境的温度变化）相比 ， 内温性的成本和收益是什么？
2. 在什么样的条件下 ， 这种朝着内温性的转变会更具优势？
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在新的研究中 ， 研究人员使用了一个用于研究恒温动物的温度调节的传热模型来解答这些问题 。 在此之前 ， 这一模型很少被用于研究外温性 。 但由于所有的生物都能产生内源性热量 ， 所以在热稳定的状态下 ， 这一模型仍然适用 。 通过这一重要的假设 ， 研究人员避免使用常被用于研究外温性的复杂模型 ， 使分析变得更加简单 。
利用这个模型 ， 他们从动物的流动性、觅食效率、躲避捕食者的能力、对环境的耐受性和定居能力、生长速度等参数出发 ， 量化了内温性的成本和收益 。 他们利用精确的体型数据 ， 与外温性的祖先和内温性的后代作对比 ， 计算出了采用恒温生活方式的成本效益 。
他们将热传递模型与系统发生学以及从化石记录中得出的体型重建相结合 ， 揭示了鸟类和兽脚亚目恐龙祖先的内温性进化过程 。 利用根据化石记录重建而成的体型数据 ， 模拟了大小在10克到10万千克之间的体型 ， 计算出了沿着鸟类谱系进化促成内温性的成本 。
结果表明 ， 在这些动物的体型变得越来越小之后 ， 能耗出现了明显降低 。 也就是说 ， 体型的微型化进化减少了内温性所需的能量消耗 。
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那么 ， 为什么体型的减少会伴随耗能成本的降低呢？他们用两种现象解释了其中的可能原因 。
首先 ， 在代谢率增加之后 ， 热生态位的扩充情况更多地出现在大型外温性动物身上 。 这是因为由于这些大型动物具有巨温性 ， 因此有着更强的维持较高体温的能力 。 研究人员注意到 ， 外温性祖先的原始尺寸越大 ， 向内温性转变的成本就越低 。
「动物」恒温动物是如何出现的？
本文插图
体型的缩小与从祖先兽脚亚目恐龙到基底鸟类的变迁一致 ， 它们将原本用于变大的能量成本用于维持内温性 | [1]
再者 ， 在微型化的过程中 ， 这些动物将原本要用于变大的能耗用在了内恒性上 ， 这有助于理解它们是如何进化出如此高的能量转化率的 。 与同等大小的爬行动物相比 ， 鸟类需要的食物是爬行动物的15到20倍 。


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