氧气高生物会巨大 含氧量高生物为(繁:爲)什么会变大?

2025-03-10 21:54:26Biological-SciencesScience

含氧量高生物为什么会变大?目前最被接受的理论是,以昆虫为例,许多昆虫是通过遍布全身或部分肌体的气管吸收氧气的。在同一环境下,体型越大,气管(呼吸系统)体积就越大。但当氧气浓度高时,生物不需靠增大呼吸系统的体积来为增大的体型提供更多氧气,因此呼吸系统对体型的限制影响降低了,允许生物向更大体型进化

含氧量高生物为什么会变大?

目前最被接受的理论是,以昆虫为例,许多昆虫是通过遍布全身或部分肌体的气管吸收氧气的。在同一环境下,体型越大,气管(呼吸系统)体积就越大。但当氧气浓度高时,生物不需靠增大呼吸系统的体积来为增大的体型提供更多氧气,因此呼吸系统对体型的限制影响降低了,允许生物向更大体型进化。

在以前氧气浓度高的时候,单细胞生物也会很大吗?

提出这个问题的读者,是受了网上一种错误论断的误导。有人说氧气浓度越高,生物体的体型越大,实际上这一说法只有在特定情况下才是真命题。

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单细胞生物体型和氧气浓度关系不大

我们首先要搞清楚氧气浓度为什么能影响生物体型。现在绝大多数生物都是需养生物,生物需要将氧气输送至每一个细胞。随着生物体型增长,其体积的扩大速度要比表面积的扩大速度快。长度增加到原来两倍,表面积就增大到四倍,体积则增大到八倍。

低等动物都是从身体表面直接吸收氧气的。随着体型增大,其需要氧气的细胞多了,而吸收氧气的面积却【què】相对少了,因此,只有更高浓度的氧气才能够供养起更大的《pinyin:de》体型。

单细胞动物:草履(pinyin:lǚ)虫

后生动物是一个与单细胞的de 原生动物相对《繁体:對》的概念,也就是多细胞动物。它们往体型更大的方向发展,主要是为了发育出更复杂的(练:de)器官和系统,以增强自身生存能力。

单细胞生物就只有一个细胞,真核细胞直径10-30微米,容纳细胞核和各种细胞器已经足够了,而没有细胞核的原核细胞(如细【繁体:細】菌)体积就更小了,只有0.5-5微米。单细胞生物wù 没有大型化的进化动力,因此氧气浓度升高对它们体型影响有限。

在地质史上(shàng)氧气浓度dù 最高的石炭(读:tàn)纪(约3亿年前),千足虫有三米长,蜻蜓像海鸥那么大,蝎子有70厘米,但从来没有发现巨型细胞的遗迹。

石shí 炭纪的巨型蜻蜓

另外需要大家注意的是,高等动物已经进化(练:huà)出了肺这种高效的呼吸器官和发达的血液循环系统,不需要通过扩大皮肤(繁:膚)表面积来增加氧气摄入量了。

因此高等动(繁:動)物的体型和氧气[繁:氣]浓度关系不大。例如,恐龙时代的氧气浓度就和今天差不多。而今天的氧气浓度,对有史以来最大的动物之一——蓝鲸,也已经【繁体:經】足够用了。

恐龙时shí 代

氧气浓度升高会给单细胞生物带来什么?

地球大气中氧气经历了从无到有,从少到多的过程。既然单细胞生物不会随着氧气浓度的增长而长出更大的细胞,那么越来越多的氧气将如何影响原始单细胞生物的进化呢?

地质史上,氧气的出现和不断积累,给原始单细胞生物带来(繁体:來)的首先是灾难,然后是进化机遇(pinyin:yù),最后是辉煌。

1、灾难《繁:難》

大气中本没有氧气,因此最早的生命《练:mìng》也都是厌氧生物,以古菌和细菌为主。氧气对专性厌氧生物来说是有毒的。蓝藻是第一种能产生氧气的生物。距今24亿年前,氧气开始在海洋和大气中积累,给当时占统治地位的厌氧生物(wù)带来了一场浩劫,史称“氧气灾难”。

古《读:gǔ》菌

氧气能破坏厌氧的古菌和细胞的DNA,使它们无法复制,导致它们大量死亡。今天世界杯,我(pinyin:wǒ)们只能在海底火山喷口这类极端缺氧环境见到古菌了。

2、进化机澳门新葡京(繁体:機)遇

其中一支{zhī}古菌具有DNA修复功能,因此活了下来。这支古菌进化出了保澳门永利护性的细胞核,这就是最早的真核生物。今天的真菌、植物、动物和人类都是真核生物,都是这一伙的后代。

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这些原始的真核生物发现,单纯的修复不足以弥补DNA损伤,有时候一个关键位wèi 点(繁:點)的突变就是致命的,因此它们发展出了基因重组功能,生物界第一次有了男与女、雄与雌的区分。

真核生物的呼吸中心(拼音:xīn):线粒体

氧气的出现也为所有生物提供了唾手(拼音:shǒu)可得的自由能,使幸存的原《练:yuán》始单(dān)细胞生物加速向高等、复杂的生命形式进化。

3、埃迪卡拉的(de)失败

在距今5.85亿年前的埃迪卡拉纪,地球已经结束了成冰纪的严寒,氧气浓度也上升到了10%左右,环境似乎比较适宜,原生生物开始了往复杂方向进化的第一次尝试,一时间地球上(pinyin:shàng)出现了很多奇形怪状的宏体生物(即人的肉眼能看到的生物),这就是埃迪(读:dí)卡拉生物群。

埃迪卡拉生物群娱乐城【繁:羣】

这些埃迪卡拉《练:lā》生物长得实在太任性了,它们有的像光盘,有的像水管,有的像绒布袋子。它们(繁:們)有的是类似现存生物的两侧轴对《繁:對》称,有的是三辐射对称,还有的是滑移对称,区区一百来种生物几乎囊括了所有的对称方式。它们的共同特点是通体柔软,没有矿化的骨骼结构,而且都是固定于海床的。

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它们选择了扁平化的身体,以尽可能增加吸收氧气(繁:氣)的面积,确保在氧气浓度不算高的环境中,每个细(繁体:細)胞都能获取充足的氧气。

滑移对称的埃迪卡拉生物化《拼音:huà》石

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埃迪卡拉生物的所有组织结构特《拼音:tè》征,都难以在现存生物中找到相应【pinyin:yīng】的例子,甚至在紧接着的寒武纪时期都找不到相似的生物。因此埃迪卡拉生物很可能全部灭绝了,没有留下任何后代。在进化史上,埃迪卡拉生物既是伟大的创新,又是失败的试验。

4、寒武纪的de 辉煌

到5.41年前寒武纪来临之时,大【pinyin:dà】气中氧气浓度达到(练:dào)了空前的15%,各方面环境更适宜了,原生动物开始了第二【拼音:èr】次进化尝试,这就是寒武纪生物大爆发。

寒武纪大爆发

有了埃迪卡拉生物扁平化之路失败的教训,这次原始生【shēng】命选择了新的进化道路:即形成体腔,进化出复杂的《pinyin:de》内部器官和系统。寒武纪生物的最大特点在于硬质组织增长《繁:長》,即拥有矿化的骨骼。

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在寒武纪之初的1300-2500万年前,现生后生动物主要门类腕足{读:zú}动物、环节动物、软体《繁:體》动物、节肢动物纷[繁:紛]纷出现,动物、植物、细菌的多样性都走向繁盛。

寒武纪大爆发是地{dì}球生命进化中具有决定性意义的转折点,这次爆发世界杯出现的生物繁衍至今,为后来及今天生物多样性的辉煌奠定了基础。

寒武纪大爆发的标志性动物:三叶(繁:葉)虫,其无论纵向(叶)还是横向(头、胸、腹)都分成三(拼音:sān)部分

总 结

缺氧会阻止大型复杂动物的崛起,因为较低的氧气浓度不足以供养复杂的内部构造。在寒武纪之前,氧气浓度与真核生物的多样性呈现出正相关,寒武纪大爆发就发生氧气浓度升至高位的年代。

因此[pinyin:cǐ],氧气浓度升高没有使原生生物的单细胞变大,而是促进了它们的细胞分化,使它们走向了复杂、高【pinyin:gāo】等的进化之路。

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