为什么同一种的动物,生活在高纬度的亚种感觉比低纬度的亚种个头大?
“生活在高纬度的亚种比低纬度的亚种个头大”出自著名的伯格曼法则。伯格曼法则并不适用于所有动物,只在特定的区域内适用于一小部分动物。伯格曼法则在网络上广泛传播,被很多人用来解释诸如“北方人比南方人个头大”、“欧洲人比亚洲人个头大”等问题 ,可伯格曼法则的局限性很大,并非颠扑不破的真理。
伯格曼法则的原理1847年德国生物学家卡尔·克里斯琴·伯格曼就发现动物界存在这样一种现象:同一种类恒温动物的体型会随着生活地区纬度或海拔的增高而变大,也就是说,同一个物种,越冷地区的种群体型越大。这种现象就被后世命名为伯格曼法则(Bergmann"s rule),也翻译为贝格曼定律。▲球体相对散热面积随半径变化趋势
对于伯格曼法则的原理,一般用散热面积来解释。即随着体型的增大,动物的相对表面积(体表面积与体积之比)就会相应的减小,从而导致体表发散比率变小,热量从体表流失的速度就会变慢。自然界有些动物会利用巨大的体型来保存体内的热量,称为巨温性(Gigantotherrny),据研究,大型恐龙可能就通过这个原理来维持体温,现存最大的龟鳖目动物棱皮龟也能在只有8℃的海水中维持25-26℃的体温,成为介于恒温动物和变温动物之间的中温动物(Mesothermic)。同时,生活在高纬高寒地区的哺乳动物也需要厚实的毛皮和脂肪来充当保温层,进一步防止热量散失,厚实的脂肪和蓬松的毛发也会从视觉上增大动物的体型。比如东北虎、雪豹、兔狲、马更些狼、加拿大猞猁等。上面这只狼看起来非常巨大,实际上体重只有52公斤,一方面是因为毛发蓬松,另一方面也由于参照物太小。
更大的体型和厚实的脂肪层有助于保存热量,这也可以用来解释为什么胖子比瘦子更怕热。
此外,食物也有很大关系,前面说到高纬动物会利用体型和脂肪来保温,而食肉动物捕食了这些富含脂肪的大型动物,能获得很高的热量,也能促使体型变大。
但伯格曼法则并没有得到一致公认,以致于后来又出现了一个反伯格曼法则,即随着纬度升高,生长季缩短,动物的发育时间相应减少,体型也会变小。
反伯格曼法则与伯格曼法则比起来,似乎更加需要完善。
符合伯格曼法则的例子要找出完全符合伯格曼法则的例子实在太难,亚欧大陆上的灰狼勉强算一个。
在亚欧大陆上,灰狼的体型由低纬向高纬逐渐变大。▲阿拉伯狼
生活在阿拉伯半岛的阿拉伯狼是最小的亚种,雄性平均只有18公斤,雌性平均不到15公斤。
印度狼雄性平均体重为22公斤,最大只有32公斤,雌性平均16-17公斤。
生活在青藏高原上的狼,雄性平均28公斤,雌性平均25公斤。
我国西北、东北和蒙古的狼,雄性平均约32公斤,雌性平均约28公斤。▲欧亚森林狼
生活在东欧到西伯利亚的欧亚森林狼,雄性平均可以约42-48公斤,雌性平均约35-39公斤。乌克兰甚至出现过96公斤的未被证实的纪录。
但在北美大陆上的狼就不符合了,因为北美洲生存纬度最高的狼亚种是加拿大和格陵兰北部的北极狼,雄性平均32公斤,雌性平均27公斤,比生活在北美大平原地区的大平原狼还要小(网上盛传的北美灰狼实为马更些狼、大平原狼、美东狼、墨西哥狼、北极狼这5个灰狼亚种的统称)。
有些现象经常被人来用伯格曼法则来解释,实际上却不符合伯格曼法则很多人都说东北虎是最大的虎亚种,也经常搬出伯格曼法则来做支撑。东北虎确实比华南虎大很多,但华南虎又比热带的孟加拉虎小很多,而且东北虎的体型和北部及南部孟加拉虎本来就是差不多的,只因“东北虎是最大的猫科动物”这个说法在网上被一堆虚假数据捆绑起来,误导了一大批人。
前面说到很多人用伯格曼法则来解释诸如“北方人比南方人个头大”,乍一看,貌似是这样,网上流传的各个版本的“各省男女平均身高表”中排名靠前的也都是华北东北各省,西南各省总是靠后。但人类的身高并非只受环境影响,还有遗传、物产、饮食习惯、经济发展水平等诸多因素。将目光放到整个世界来看,伯格曼法则就不适用了。生活在赤道上的某些非洲部落男子身材非常高大,生活在北极圈内的因纽特人却不太高。
现代人的平均身高受饮食习惯和经济发展水平的影响很大。
根据欧洲科学开放论坛(European Science Open Forum)公布的首个全面人类身高调查显示:近100年来,欧洲大陆、中东和亚洲温带国家人均身高增幅最大,其中伊朗男性的平均身高比100年前增长了16.5厘米,韩国女性的平均身高则增长了20厘米。而在19世纪时,荷兰男子的平均身高才1.63米,如今达到了1.83米,显然,这是由于经济发展,工业进步使得生活水平提高所导致的。
总之,动物体型的地理变异是个非常复杂的课题,影响因素有很多,绝非伯格曼法则就能完全解释。
为什么同一种的动物,生活在高纬度的亚种感觉比低纬度的亚种个头大?
谢友邀,可能风水好。
为什么同一种的动物,生活在高纬度的亚种感觉比低纬度的亚种个头大?
这个“感觉”很赞,因为确实有这种现象:同一个物种,生活在高纬度寒冷地区的个体,体型往往比生活在低纬度温暖地区的个体大。这种环境对个体体型造成的影响,在达尔文的《物种起源》一书出版(1859年)之前,就已经有学者注意到并给出了解释,即生物学家伯格曼提出的“伯格曼法则”,后来鸟类学家艾伦对这个法则进行了补充。
第一,伯格曼法则及艾伦法则;
第二,自然选择,适者生存;
第三,凡事不绝对:反伯格曼定律。
环境的影响:伯格曼法则及艾伦法则1847年,生物学家伯格曼通过观察发现,在“同种的恒温动物”这一前提下,小个体有利于散热,能够更好地适应炎热的气候,而那些生活在寒冷气候下的个体,个头则较大。1877年,鸟类学家艾伦进一步提出,同种恒温动物的肢体,尤其是四肢、手指、脚趾等部位,炎热地区的纤细,寒冷地区的短粗。
需要强调的是,伯格曼法则和艾伦法则有两个关键的前提:首先,必须是同种动物的对比,北极熊和马来熊比,东北虎和华南虎比,因纽特人和马赛人比;其次,伯格曼法则和艾伦法则适用于恒温动物。
这两个法则的背后,其实是表面积、体积和散热量之间的关系。散热量与相对表面积成正比,相对表面积=表面积/体积。我们用正方体来举例说明,正方体的表面积=6a²,正方体的体积=a³,相对表面积=6a²/a³=6/a,此时,a越大,相对表面积越小,散热量越小。
对应到同种的恒温动物上,a可以粗略对应体型,体型大、散热量小,就能够适应高纬度寒冷地区;体型小、散热量大,则适宜生活在低纬度温暖地区。四肢、手指、脚趾的长短,则是通过增大表面积加速散热,或缩小表面积减缓散热,比如北极兔的耳朵和尾巴,比低纬度地区的兔子短得多。
自然选择,适者生存伯格曼法则和艾伦法则说的是动物对于环境的适应,这种适应是演化的一部分。达尔文在《物种起源》中认为,动植物会向着更加适合生存的方向演化,即自然选择、适者生存。
首先,所有物种的个体都有变异,同一物种没有完全相同的个体,即同种个体有独特性和多样性;第二,适者生存,产生了适应性变异的个体能够得到更多的生存机会,即适应与否直接关系到存活率;第三,适者有更多的机会把适应性的变异遗传给后代。
经过漫长的演化,同一物种的不同个体间便会形成行为方式或形态上的区别。同种动物,在高低纬度存在体型差异,只是众多区别中的一种。
最后要说明,前面提到的伯格曼法则和艾伦法则,都只是法则而不是公理,公理是无需证明的基本事实,法则只是基于事实做出的论断,法则不一定在任何情况下都适用。
比如反伯格曼法则就将关注点放在体型大小、生长速度和代谢速度上,据此提出生活在高纬度的动物,生长发育慢,代谢也随着体型变大而增大,因此出现同一物种热带体型大、寒带体型小的情况。总而言之,体型差异是受环境的影响,适者生存这一点毋庸置疑。
为什么同一种的动物,生活在高纬度的亚种感觉比低纬度的亚种个头大?
很高兴回答这个问题,这个现象关注自然的人可能都会注意到这个规律,这个规律不一定适应所有物种。
第一:这个观点并不准确
首先我们以熊为例谈谈这个问现象。熊作为陆地上最大的食肉动物(严格的来讲熊是杂食动物),而熊类体型差别较大,块头有大有小。最大的是北极熊体重大约540kg活动于北极圈附近,棕熊1000~100kg活动于广袤的针叶林地带所处纬度大致在70度左右,美洲黑熊450kg活动区域60~70度,而体型较小亚洲黑熊150kg、懒熊140kg、眼镜熊175kg、马来熊45kg则处于亚热带、热带的北回归线以下的低纬度地域。
这些恰好符合提问者的这种设想,但是现实的生物个体大小真的全部如同这样设想的吗?
肯定不是,例如亚马逊雨林地处那半球位于赤道附近,世界上绝大多数物种都能在这里找到,而且这里与其他地方不同的是相同物种,亚马逊的动物要比别的地方要大得多,比如亚马逊巨人食鸟蛛是蛛型纲内公认的最大体型的蜘蛛,被吉尼斯认证为"世界最大的蜘蛛"。主要生活于南美洲北部的雨林中,其体型最长可达30cm,体重最高可达230g,它们可以轻易捕食和吞咽鸟类、老鼠等小型动物。,而我们普通常见的蜘蛛大多在5cm以内,体重基本上30g以内。
图为公牛蚁
再者生活在澳洲新西兰的公牛蚁被人为世界上最大的蚂蚁,这种蚁种的工蚁有3.7cm,足足有一只蟑螂那么大,而我们常见的蚂蚁通常在0.8cm左右,这样的一只蚂蚁大的长度足足是一般蚂蚁的4倍。
生活在撒哈拉沙漠以南雨林地带靠近赤道低纬度的地方,生长着世界上最大的青蛙—非洲牛蛙,它们的体型巨大,体重可达2kg体长24cm。
综合以上,我们所说的亚马逊、新西兰,它们所处的位置纬度比较低,而动物个体相比较高纬度的并不是小,因此题主的提问并不准确。
动物的个头到底跟什么有关
1.温度(低温)
冬暖夏凉,人类自古以来春耕秋收,都是为了过冬准备足够的食物,冬天气候寒冷,体内的热量散失很快,如果个体没有足够的热量供机体维持日常活动就无法在寒冬里生存下去。除人类和部分较为聪明动物会储存过冬的食物,大多数动物没有办法将食物储存起来,但是为了生存大多数动物用了统一方式应对寒冬低温:增加自身的脂肪。
例如在广袤的西伯利亚,冰天雪地生活在对上的动物不论是食肉动物还是食草动物,都将食物充裕的时间里尽可能的增加自身体脂,这个时期的棕熊增加的体重通常占体重的20%,而这部分大多数都是以脂肪的形式储存在体内,除此之外还寒冬到来之前棕熊长出大约20cm的鬃毛应对低温带来的风险。
除此之外,生活在相同区域的西伯利亚的老虎,豹子,狼等不冬眠食肉动物也会寻找食物,尽可能的增加自身的体重。食草动物也跟食肉动物一样在入冬之前都会不约而儿童的增加自身的体重,来抵御寒冬带来的风险。
所以面对低温动物大多都是选择储存食物或者提高自身脂肪。
2.水分
水是地球上对所有生物至关重要的自然资源,水直接响生态环境,也间接影响着生物的生活方式以及形态。我们都知道沙漠是地球上水资源最匮乏的地方,而生活在这里的动物们为了生存进化出相应的生存本领,威胁动物生存的是缺水,而不是寒冷。
例如在澳洲干旱的荒漠中生活着的澳洲魔蜥,是一种小型的蜥蜴体长在15~20cm,作为从三叠纪後期存活至今的生物,现存的蜥蜴大约3000多种,这种沙漠蜥蜴虽然说不算最小的哪一种,但是中体来说相比较生活在沙漠以外地区的同类动辄十几千克的体重来说,沙漠蜥蜴可谓配得上“娇小”。
造成这种个体差异的最主要的因素就是气候和水,高温高蒸的沙漠环境,会造成动物体内的水分迅速流失,尽量减少水分的流失,最有效的方式就是减少自身体表面积,降低散发面积,而个体小型化的就是最为直接的方法,而沙漠绝大多数动物在进化当中就形成了减少皮肤呼吸、高张力尿的形成、夜行性、通过发汗和喘气的气化热发散、与沙地相似的体色以及扁平而宽大的脚等行为特征。
沙漠动物在长期的进化中,不断地向小型化发展方向靠近足以说明水资源,是实实在在最主要的影响动物的个体大小的因素。
为什么同一种的动物,生活在高纬度的亚种感觉比低纬度的亚种个头大?
确实是这样的。越寒冷的地方动物的体型越大。比如东北虎比孟加拉虎要大;北极熊比黑熊要大;灰狼比郊狼要大……图:巨大(萌)的北极熊。
但这一规律仅限于温血的哺乳动物,对昆虫和爬行动物等生物而言,规律正好相反。
决定身型的因素之一:表面积与体积。个头大的动物,相对于体积来说,它的体表面积越小;个头越小的动物,相对于体积来说,体表面积越大。
有点儿绕是吧?这事儿其实可以用两个正方体来解释。边长为1厘米的正方体,表面积是6平方厘米,体积是1立方厘米,表面积与体积的比为6:1;如果立方体边长增加成2厘米,那它的表面积就是24平方厘米,体积8立方厘米,表面积与体积的比降低到了3:1。图:帮您理解正方体的表面积与体积。
理解了吗,小个的相当于一份热量配6个散热器,大个的相当于一份热量配3个散热器,您说谁凉得快?
就是说,为了减少单位体积维持体温的能量消耗,高纬度地区的动物必须长得更大。图:胖虎😂
决定体型的因素之二:储备的需求。咱中国有个挺有趣的现象——10个胖子有8个生活在北方,越靠南的省份胖子越少(大家好,我是北京的胖子)。
这事儿不难理解,脂肪是人体重要的“战略储备”嘛,在食物匮乏,消耗剧增的情况下,脂肪会分解自身为人体供能(说实话我没感觉到,我的肥肉从不主动消耗自己为我供能)。而且脂肪层有很好的隔热性能,可以防止体内热量过快地散失。图:脂肪细胞。
与人类一样,野生哺乳动物也需要靠脂肪层保持体温。而且野外生存的它们经常要面对周期性的食物短缺问题,储存脂肪对它们来说往往事关生死,非常有必要。
这就造成一个问题:脂肪层确实“不重”,比水轻,但确实增加了很多身体重量啊。在高纬度地区,动物们为了灵活驱动富含脂肪的沉重躯体,必须长出更多更有力的肌肉。而脂肪层和肌肉增加的重量最终都要由骨骼来承担,所以动物的骨骼必须跟着变粗变大才行。图:牦牛。
于是乎,在漫长时光的积累下,高纬度动物的体型变得更大了。
如有谬误,烦请指正。欢迎喜欢科学的朋友们关注:纯野生科学家。专业化繁为简,每天分享通俗易懂的科学小知识。为什么同一种的动物,生活在高纬度的亚种感觉比低纬度的亚种个头大?
从地理气候方面来看,高纬度地区相比于低纬度地区年平均气温低,动物生存用于维持体温恒定而消耗的热量比低纬度地区多。从生物自身来看,物种进化是与生存环境相适应,朝着能量利用率高的方向进化,因此在单位面积或体积上,动物会尽量减少热量损耗。表面上看高纬度地区同物种动物体型较大,但单位比表面积较小,复合生物进化的规律。
内容仅供参考,如果您需解决具体问题(尤其法律、医学等领域),建议您详细咨询相关领域专业人士。
版权声明:文章内容来源于网络,版权归原作者所有,如有侵权请与我们联系,我们将及时删除。