为什么没有三栖动物?

因为没有哪种动物可以一直飞在空中不落地,天空无法作为栖息的场所。

很多人错误的定义了三栖动物,认为能在地上跑、能在水里游、能在天上飞的动物就是三栖动物,比如天鹅、大雁、龙虱等,这种理解太过粗浅。由于地球上不存在三栖动物,我们只好根据两栖动物的定义来引申一下。

两栖动物,是两栖纲动物的通称。常见种类有青蛙、蟾蜍、大鲵、蝾螈、蚓螈。两栖动物皮肤裸露,没有鳞片和毛发,可以分泌黏液以保持身体湿润,其幼体在水中生活,用鳃呼吸,成体可以生活在水和陆地上,用肺和皮肤呼吸。两栖动物可以在陆地上长期生存,但是不能一生离水,湿润地区的两栖动物密度很高,干旱地区的两栖动物密度较低。两栖动物是脊椎动物从水栖到陆栖的过渡类型,但是算在陆生脊椎动物的范围里。

很多人容易把一些水生的爬行动物当作两栖动物,爬行纲和两栖纲的区别还是很大的。

两栖动物的“两栖”是指水栖和陆栖,这个“栖”是停留和居住的意思,很显然,没有那种动物可以居住在空中,不管是能飞的鸟类、蝙蝠、昆虫,还是可以滑翔的鼯鼠、鼯猴、蜜袋鼯,都需要在陆地上休息,天空并不能当作栖息的场所,因此不存在“空栖动物”。

我们来根据两栖动物的定义,大胆设想一下三栖动物的特征。

它能将水域、陆地和天空都作为栖息地,但天空中实在没有落脚的地方,除非它能腾云驾雾,长时间停留在空中,并能在空中觅食和休息。其次它还是陆栖向空栖的过渡类型,还要表现出减低对陆地依赖性的演化趋势。再者,它能在三种环境里呼吸,能在水里、陆地上和另一种环境里呼吸,由于陆地上呼吸和空中呼吸是一样的,所以第三种环境应该是地球大气层以外的太空。

这么一来,有种神话里的动物倒是符合三栖动物的定义,那就是——龙。

为什么没有三栖动物?

这个问题我们只需分析一下两栖动物便能得出答案。众所周知,生命的起源是源于原始海洋的,也就是水生,当环境不断变化,陆地上有了越来越多的资源,而海洋中的竞争也变得越来越激烈,于是便有一些动物试图上岸捕食,而两栖动物便是这样产生的。它们相较于水生动物有更好的陆生能力,而相较于更加进化的爬行动物,它们的陆生能力还是较局限的。

正是因为如此,两栖动物的生活环境多是在水边。因为在水里它比不上水生生物,在陆地上又不如爬行动物。也就是说,这是环境选择的结果,它们的这种构造是适合水陆交替的环境的。再看那些比较进化的爬行动物,它们为了更好的适应陆地生活,进化出了更加厚实的鳞片,更加粗壮的四肢。但这些“进化”却不利于它们在水里生活,这便是取舍。想要更好的营陆生生活,只有抛掉流线型的外形,舍掉脚上的蹼,披上厚重的“铠甲”。

两栖动物其实就是一种进化不完全的陆生动物,它们很难长期或远离水边生活。所以我们也能看出“多能”并不是最佳的进化状态,最佳的进化状态其实是“专能”。两栖动物这种既…又…的进化状态其实是一种无奈,是一种达不到完全陆生的过度状态,并不是我们以为的一加一大于二。

由此推彼,“三栖”就更不可能了,因为两栖就很难了,只是一种进化的无奈,而这种情况下是无力再进化出另一种技能的,就算进化出也很难跟前两种栖息状态作出平衡。所以根本就不会有三栖动物。

为什么没有三栖动物?

因为三栖动物不符合进化的规律,我们都知道生命起源于海洋,所以最早的动物都是水生动物,但随着地球环境的不断变迁,当陆地上的植物开始繁茂的时候,一些水生动物就必然会从海洋走向陆地,因为陆地上的食物更多,更能让这些动物们活下去,于是有一些动物就开始走向陆地。

对于这些刚刚走向陆地的动物来说,陆地就是一片未经开发的天堂,因为陆地上不仅食物充足,而且根本就没有天敌存在,所以这些动物为了适应陆地的生活,就慢慢放弃了鳍,蹼,腮等水生器官,转而进化出四肢,毛发,厚实的皮肤等陆地器官,因为这些器官在陆地上更具优势。

但海洋动物在变成陆地动物的过程中,肯定存在一个漫长的过渡期,这个过渡期内动物兼具海生和陆生的能力,所以早期的两栖动物都属于过渡期物种,但随着陆地上的动物越来越多,那些后来的两栖动物就很难在陆地上立足了,换言之今天的两栖动物,已经错过了它们变成陆地动物的最佳时机。

所以从物种演化的角度上来说,两栖动物属于一种进化不完全的物种,它们属于海洋动物到陆生动物的中间阶段,它们也不可能越过陆生动物这个坎,直接进化出翅膀,因为物种的进化,从来都是以生存和繁衍为前提的,而翅膀对于两栖动物来说,根本一点用都没有,所以不可能有三栖动物.....

为什么没有三栖动物?

这个问题有讨论的价值,因为在生物圈里确实存在着两栖生物,那么为什么没有进化出三栖生物呢?

三栖动物的含义?

其实真正的生物学里是没有三栖动物这个概念的,也不要简单的认为三栖的意义就是能在天空、陆地、水三种环境中生存而已。因此我们不妨从两栖动物来类比三栖动物。所谓两栖动物指幼体在只在水中生活,成体可以水中也可以陆地生活的动物。

那么从这个概念我们不妨人为的定义三栖动物必须满足以下条件:

1.它必须有三个栖息地,比如幼年在水中,成长在陆地,成熟在天空。

2.它是陆生向天空进化的过渡生物。

所以讨论为什么没有进化出三栖动物我们就从这两点来看。

为什么没有进化出三栖动物?

首先这种动物必须有三个栖息地,在讨论这个问题前,我们不妨想想两栖动物为什么要幼年在水中,逐渐到陆地生活!

其实如果你仔细想想的话就会明白,走上陆地的较高等动物并不是跳过了两栖动物水里发育的过程,只是把这个过程放到了体内(胎生)或者蛋内(卵生)完成。体内能够提供更安全适宜的环境,没有理由在退化回水里。

至于第二个条件,我们可以很简单的想到鸟类!它们就是从陆地向太空进化,但是鸟是陆空两栖呢?这是因为大气根本无法单独满足生物的需要,这也是为什么我们经常会说两栖动物比鱼类高级,哺乳动物又比两栖类高级。因为陆地确实有更多的食物和更先进的呼吸方式。

三栖的动物的可能?

如果说两栖动物的最主要的特点是有两套呼吸系统,那么三栖动物可能就是进化出第三种呼吸方式,或许就是可以飞出大气,进入宇宙.....

这种生物可能就是我们所说的:龙!(我们的龙,并不是那种大蜥蜴)

如果仅仅从可以在海陆空三个地方生活,那么自然界有什么动物。例如一些可以潜水的鸟类、华莱士飞蛙类似的生物。

你知道哪些可以在海陆空三个地方生活的动物吗?

为什么没有三栖动物?

真是个有趣的问题,虽然这是一个科普问题,但实际上牵涉到非常基础的经济学问题。

其实,个别海鸟可以勉强算是水陆空三栖的,例如鹈鹕、鱼鹰等等水禽(鸭科许多游禽只是在水面游动,不能完全算水栖,而鹈鹕之类的至少还可以潜水,虽然只是扑腾一下,跟企鹅的真潜水没法比)。

严格的说三栖动物是没有的,鸟类的“水陆两栖”跟两栖动物的那种水陆间的游刃有余是没法比的。但是,鸟类等所有飞行动物(包括蝙蝠),理论上也都应该被归为“陆空两栖动物”。

那么我们还是回到正题:为什么很难没有三栖动物?简单的答案就是:这不经济。

水陆空哪一种更经济

我记得在回答另一个问题“为什么天空中没有进化出巨型动物?”的时候就详细分析了海陆空的能耗、优势等问题——显然答案也是“这不经济”(实际上中生代曾进化出巨大的翼手龙类)。这里再简述一下:

——最经济的生命形态,显然是水生

这仅仅是因为水的密度更大,浮力可以完全对抗重力以保持生物体在水中的悬停,也就是说生物无需花费任何能量就可以保持这一姿态。陆地和天空就不一样了——在陆地上,动物至少需要四肢肌肉的持续收缩来维持站立的姿势;而在天空,生物则需不断地拍打翅膀来维持悬停——这是最耗能的一种生活方式,以至于几乎很少有生物在其生命周期中能够完全在天空中生活(某些鸟类,可以除了交配产卵和捕食之外,大部分时间都在天空依靠上升气流来维持滑翔)。

上图:不同动物的代谢率(耗氧量,立方毫米/每克体重)

  • 海葵:13

  • 章鱼:80

  • 鳗鱼:128

  • 蛙:150

  • 人:200

  • 小鼠:1500

  • 蜂鸟:3500

不同的栖息方式需要不同的能量消耗,而代谢率则决定了能量的供给能力。如上面所说,海洋生物几乎可以完全不动地生活,这打造了一大批“伺机型”的海洋掠食者;而陆地生物对于运动的需求就高多了,在地面上不动就能生活的动物不多,估计树懒就算比较“极品”的一种,但树懒也得换不同的树枝采食,更需要下到地面排便;而对于飞行的动物来说,典型的就是鸟类,运动量非常大,几乎没有什么鸟会采取“守株待兔”的方式等着猎物自己走上门的,鸟要延续“鸟生”,就得要“勤奋”——起得早,飞得快,动得多。

鸟类的代谢率略高于哺乳动物,虽然不是很明显。一个原因可能是因为鸟类往往比哺乳动物小,而另一个原因在于它们的体温(37.7-43.5°C)略高于哺乳动物(36-39°C),这使得它们需要消耗略多的能量——这两个原因都跟飞行的生理需求相关。

可以说,对于生物来说,能量代谢就是生命的一本“账”,生物体必需达到能量的收支平衡,这是生物的一种至关重要的经济学。

关于生物代谢率

在生物圈中动物的新陈代谢率差别是很大的,因此不同生物的代谢账本的流水速度是不同的。关于这种差异的根本原因的争论颇多,一些科学家认为是生物体所生存的环境以及对应的解剖学结构所致,而另一些则强调生物体在环境中所扮演的生态角色而导致能量需求有所不同。

2007年一项关于海洋动物代谢率的研究发现:在海洋中,低代谢率不是由资源(例如食物或氧气)限制或温度或压力限制造成的,也就是说海洋生物的能量消耗与其在海洋中所处的水深层次没有关系。在相同温度下,深海物种的代谢速度与生态上相似的浅水物种一样快。相反,在光照良好的海洋水域的视觉捕食者往往拥有较高的代谢率,因为它们的运动觅食能力对于生存至关重要。而在视觉捕食受限的情况下,例如黑暗的深海,对于高代谢率的选择则不那么必要,因为这位减少能量消耗提供了空间。

这一项研究说明,海洋给生命提供了一个广阔但多样化的生态平台,但代谢率并不受水深水浅以及一般环境的影响,从一个侧面证实了影响代谢的因素主要是运动需求(主要是为了觅食)。

水陆空生物体型的动力学特征差异

水、陆、空三种动物体型在动力学方面是有差异的,而且水、空运动方式实际上是类似的(游泳vs飞行),但这两种运动方式为了适应差异巨大的介质导致生物体的体型动力学特征相互冲突。例如飞行需要轻巧的身体和较大的翅膀(更多横向的维度),而潜水游泳则需要更小的水阻因而无需过大的鳍(更多纵向的维度)。

关于这个观点,我们可以从企鹅的体型进化来看。企鹅的祖先应该是某种飞鸟,但潜水导致企鹅的身体变得粗壮稳重,翅膀面积缩小,这已经无法适应飞行。

上图:企鹅的体型

上图:企鹅的翅膀的力学结构变得更像鳍。

为什么三栖是不经济的?

根据前面分析来看,飞行作为一种高效的运动方式,对于代谢率的要求是非常高的。如果某种动物既能水生、又能陆行,还能飞翔那么它将面临两方面的生理矛盾:

  1. 过高的能量代谢模式的不时切换和波动对于生理结构的复杂要求——此生物需要有一种能够快速适应不同代谢率的生理结构,一会儿“动如脱兔”,一会儿“静如处子”,这种能力不是外形的适当修改就能解决的,可能必须在细胞层面来解决。生物体为此付出的发育成本是高昂的——必须要发育出“脱兔”和“处子”的全部代谢特征(⊙o⊙)——要知道蜂鸟为了维持在空中悬停,其心脏的跳动速度超过每分钟1200次,这是高代谢率的代价——从统计学来说,心脏跳得越快,寿命就更短。但无论如何,从代谢一点上来说,鸟类是最有希望解决这个问题的,因为它们已经拥有了一个较高的代谢率,降低代谢率比提升代谢率的成本要低得多。在天上飞变成在水上漂,只需要做一件事情——不再扇动翅膀即可,直接落下去。但要让鱼飞起来是多么困难——不要跟我说飞鱼,那只能叫滑翔。上图:飞鱼的动力学分析

  2. 体型既要适应高密度的水环境下的游动,又要适应低密度的大气环境中的飞行,要什么样的体型才能达成这个呢?我想不到。

总结

水陆空三栖至少在能量代谢和身体动力学结构上存在着内在的逻辑矛盾,很难找到一个恰当的符合条件的形态。当然也可能是见识限制了我们的想象,说不定哪天就冒出来一个新物种分分钟刷新我们的三观呢。

为什么没有三栖动物?

地球上除了水就是陆地,“栖”的意思是休息、居留、停留,两栖动物是指既能在水中生活,又能在陆地上生活。比如乌龟,青蛙等。既然是居留停留的意思,不管是鸟类还是其他动物不可能在空中停留,也就不存在“三栖、四栖或多栖”的说法。

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