自然选择与生物量

第六节　自然选择与生物量

预测生命有机体进化所形成的形态，是以自然选择的思想为根据的。生物的自然选择意味适者生存，对生态环境的观察，可以帮助我们理解生命有机体的结构与形态。例如在大沙漠中能适应的动物，如果我们对它的机体器官进行研究，会想到骆驼生长有储水的器官。在空气中能生存的适应者，体重则很小并在进化过程中，逐渐生长出一对能飞翔的翅膀。适应于寻找树顶食物的有蹄动物，将进化两条长的前腿和一个长颈。

适者生存的原理，也能用来分析一个物种的特性，以及与之有关其它物种。例如一个扑食爬行昆虫的蜘蛛，就可以不需要一个网状组织。能在海洋适应的动物，将进化一个能分泌盐类及其排泄器官。一个必须以硬壳尖果为食物的鸟类，将进化一个短而强的尖嘴，以便敲破坚硬的果壳。达尔文曾经观察夜间开花的植物及其花朵的大小，从而想到可能有一种飞蛾，进化出一个适当长度的喙嘴。

上面简单介绍达尔文的理论与设想是有意义的，他从已知的动物、植物的结构与功能，根据生态环境的情况，又想到可能进化的生物及其功能。下面参照自然选择与适者生存的原理，可以推断以下问题：

（1）进化意味着生态效率提高

如果我们引进生态效率的概念，而用数学来表示，那么进化的实质就可以从定量上描述。在这里生态效率被定义为：系统的质量M与维持该系统所需的耗能率E相比；耗能率是指系统在一定时间内所消耗的能量。因此，生态效率T可以表示为

回忆前面第二章，可知生态效率正是代谢率P或能量的摄取率的倒数。

生态效率意味着适应性，也就是生命有机体能利用自己所在的环境。事实证明：地球自寒武纪以来，它的生物量逐渐在增加，而它表面上每年摄取的日光能是一个常数。这表明地球上的生态效率在提高。

例如一种绿色植物借用所吸收的能量，迅速地扩大它的叶片面积，增加了它的生物量，它就有较大的生态效率。它可能遮住与它竞争的另一植物所需要的日光，而茁壮地生长。

以上的基本理论也实用于动物与人类各个社会的进化情况。总的来说，越高级的社会，它的生态效率越高。人类从当初的原始状态进化到今天的社会，就是一个重要的实例；当然在进化的过程中，还有很多复杂而重要的因素，生态学家与人类学家还在研究。显然，一个基本而重要的结论是：人类能向更高的生态效率进化主要是由于人类进化了高层次的智能。

（2）物种繁殖与生物量增加

物种进化的历史说明：当初结构简单的有机体进化成器官复杂的高级生命，因此，物种的数目增加，生物量也随之增加。物种的增加不是一个物种适应很多的生态环境而进化；而是不同的物种适应不同的生态环境而进化。因此各有较高的生态效率。例如不能让一个动物既有反雏胃，又有飞行的翅膀；不同生态环境下生态效率也各不相同。

相同的生态环境有大、有小，一个物种适应较大的生态环境比它经历较小的生态环境有较大的生物量。

气候对物种增殖与生物量增加有很大影响。例如在北极圈冻土带只有很少的物种和很小的生物量，而在热带雨林中则有很多的物种和很大的生物量。

孢子与种子对生物量增加有很大的关系。它们在不利的条件下，可以在栖息地长期休眠，当条件改善后就繁殖新的个体。种子与孢子一般是很小的，不需要从外界环境摄取食物。它们由空气、雨水与活有机体带走，类似于物种的迁移；它们到处散布而繁殖后代，提供很大的生物量。冰冻变形虫也有类似的情况。

地球上、宇宙间、象冰冻变形虫和孢子这一类的生命，与病毒相似的微粒，也许还有很多，尚待发现。这种生命的特色是：几乎不需要外界能量，由自己的精细能量维持生命力，可以长期休眠。宇宙之大，粒子之细，我们不能排除这一类型的生命，它们似乎属于一个理想的生态环境，有更大的适应性。如果真有这一类的生命，可以看作是地球上的生命外延，它们的生态效率也可以说是很高的。