书城童书我的第一本动物科学探索发现
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第11章 动物学家的故事(11)

科学家质疑动物数学能力的历史,可以追溯到100年前。那时候,欧洲观众都因为一匹名叫“聪明汉斯”的马而兴趣盎然,因为它居然能表演算术之类需要动脑筋的节目。其实,这匹马根本不会算术,它不过是从驯马师那里得到了暗示而已。现代也有一些动物会算术的例子被人们看做是特例或训练的结果。然而,近年来的一些科学研究却让人们真的见识了各色动物的数数能力。

美国哈佛大学的一位动物心理学家在试验时先给动物以错误的信息,然后观察它们做出的反应。他连续一个月给100只加勒比海野猴每天一次分发2只香蕉,此后突然减至分发1只香蕉。此时,96只猴子对这只香蕉多看了1~2遍,还有少部分甚至以尖叫声表示不满,美国另一位动物行为研究者也做过类似的试验,他先让所饲养的8只黑猩猩每次各吃10只香蕉,如此连续多次。某天,他突然只给每只猩猩8只香蕉,结果所有的猩猩都不肯走开,直到主人补足后才满意地离去。由此可见,野猴和黑猩猩是有“数学头脑”的。

前不久,新西兰研究人员在一个野生保护区里,当着野生新西兰知更鸟的面,在倒下的原木上钻洞,并往这些洞里塞进数目不同的米虫,他们发现,知更鸟会先扑向虫子最多的那个洞口。此后,研究人员耍花招,趁知更鸟不注意时,拿掉一些虫子,此后,这些鸟会花双倍的时间在洞里寻找“失踪”的虫子。这个实验证明,有些鸟类很可能天生就会分辨一些小的数字。

动物的计数能力还有差异。有人曾在风头麦鸡跟前放了3只小盘,其中一盘放1条小虫,一盘放2条,还有一盘放3条,结果它有时先吃2条那盘,有时先吃3条的一盘。这个实验证明:凤头麦鸡知道2比1多,可惜它只能数到2。这位心理学家还对一只鹦鹉进行数学训练,最终它能准确无误地用英语报出托盘上彩色木块的数目,只是木块数不能超过6。美国哥伦比亚大学的心理学家对两只猴子进行过多次实验,发现猴子能在电视屏幕上按从小到大的顺序指出标有数目的图标来,并能够一直数到9。科学家指出,猿猴在动物界里是最聪明的,约占70%的成年猿经训练后,可从1数到100,而且准确率超过90%。

了解动物数学能力的生物学基础和人类也息息相关。在有些科学家看来,这对儿童教育学家是个启示:人们不用像通常一样,等到孩子四五岁后才教授数学,应该让他们尽早接触数字。

有的科学家认为,动物的数数能力是与生俱来的,生存需要可能是这一能力进化的推动力。有了这种能力,动物就可以估测对手种群规模的差异;在寻找食物时,也可以比较获得食物与投入时间的比例,以确定待在这个地方是否明智。

恐龙的起源

在距今两亿多年前的三叠纪时期,地球上生活着一群像鳄鱼模样的爬行动物,每只都长着尾巴和强有力的后肢,科学家称这些生物为槽齿动物。后来,有一群槽齿动物开始用它们强壮的后肢行走,在它们背后抬起长长的尾巴,以保持身体平衡。正是这些动物变成了最早的恐龙。

随着时间的进展,恐龙家族成员日益庞杂,它们之间的形态差别很大。这些恐龙被分成两大类:蜥臀类和鸟臀类。这是依它们的骨盆构造的不同进行的分类。蜥臀类的骨盆像蜥蜴的骨盆;鸟臀类的骨盆像鸟的骨盆。蜥臀类包括兽脚类和蜥脚类。兽脚类包括所有吃肉的恐龙,如霸王龙、跃龙、永川龙及许多小型的虚骨龙类;蜥脚类包括所有身躯庞大,脑袋很小,长颈长尾的恐龙,它们四足行走,全是吃植物的,著名的有雷龙、梁龙、马门溪龙等。鸟臀类全部是吃植物的恐龙,有四足行走的,也有两足行走的,可分为鸟脚类、剑龙类、甲龙类和角龙类四类。鸟臀类恐龙中著名的成员有禽龙、鸭嘴龙、沱江龙、华阳龙、甲龙、三角龙等。

尽管恐龙中也有不少是比较矮小的,但平均而言,它们比古今任何种类的陆生动物都要大得多。著名的霸王龙,从头到尾长达15米,站起来有6米高,差一点儿有两层普通楼房那么高了。其实在恐龙家族中,霸王龙只能算是中等身材。真正的庞然大物是蜥脚类恐龙,它们包括马门溪龙、雷龙、梁龙、腕龙等,体长20~30米平平常常,抬头达5~6层楼的高度也不足为奇。

为什么有些恐龙长那么大?对它们的生存到底有什么好处呢?有人认为,爬行动物与哺乳动物的生长方式不一样,哺乳动物快速长到成年阶段后,接着便衰老、死亡。它们的寿命比较短暂,个头一般都不大。但大型的爬行动物却具有无限的生长力,只要它们不死,一辈子都在慢慢长个子。大型的蜥脚类恐龙能活200多年,200年不停地生长,个头自然会长得非常大。

又有人提出,中生代不仅许多恐龙躯体很大,海洋里的菊石(一种头足动物)也很大,有的大如车轮子;侏罗纪有一种蝗虫,体长可达1米以上;有一种翼龙,翼展开达15米,像一架飞机那样大。这是什么原因呢?有人推测,当时地球空气密度比较大;也有人推测,当时地心引力比较小;还有人说可能与宇宙因素有关。当然,这些原因都可使动物长得很大。

那么,体大在生存上是否有好处呢?科学家也是各有各的认识。有的说在中生代这种特定环境中,体大对生存竞争是有利的。例如,蜥脚类恐龙的庞大身躯对本身就是一种防御。吃植物的雷龙比吃肉的跃龙体重大13倍。面对这么大的捕猎对象,食肉龙如果单枪匹马地干,肯定会落得一个“偷鸡不着蚀把米”的下场,更何况,蜥脚类恐龙还具有一定的自卫能力。

据观察,一头凶猛的非洲狮只能捕捉比自己体重大2~3倍的斑马,并不是多大的动物都能对付。由此可见,体大确实有一定的防御功能。庞大的身躯对占领生活环境、争夺食物称霸地球,不能说没有好处,要不,有些恐龙就不会竞相往大里长了。特别是植食龙和肉食龙之间,前者为了自卫越长越大;后者为了捕食前者也不甘落后地增大自己的身躯。然而,大有大的难处。有不少学者认为,体大并无好处可言。体大的动物肚皮大,吃得多,像蜥脚类恐龙,偌大的身体,而脑袋却很小,吃食问题不好解决,如果环境一有变化,首先被淘汰的就是巨大的动物。

恐龙为什么长那么大目前还没有一个令人信服的说法。然而恐龙在整个中生代取得了令人瞩目的成功,可在16亿年之后它们却又令人不解地悄然消失。有人认为,恐龙的与灭亡与它庞大的身躯有着直接的关系。

恐龙是一支庞大的家族,它的足迹遍及地球。但大多数恐龙是在美国、蒙古、中国、加拿大、英格兰和阿根廷发现的。目前发现的恐龙属有286个,种有336个。科学家估计,地球上曾有900~1200属的恐龙生存过。已经发现的恐龙属数,大约为实际数量的1/3~1/4。

恐龙灭绝之谜

地球历史上的中生代曾经生息过种类繁多的爬行动物——恐龙。世界上已经发现的恐龙化石多达几百种,这样一个主宰地球16亿年之久的庞大动物类群在6500万年前的白垩纪末期却突然覆灭,写下了生物史上令人费解的一章。

在6500万年前的一天,绿色丛林淋浴在灼热的阳光下,到处是一片宁静。一些恐龙聚集在丛林旁,它们有的相互追逐,有的在安静地吞食着鲜嫩的树叶,有几条三角龙相互偎依在一起休息,两条鸭嘴龙在窝边走来走去,正在精心守候尚未出世的幼仔。不远处丛林的阴影里,躲藏着一条霸王龙,它那凶狠的目光正注视着眼前的一切,寻找机会扑向它感兴趣的目标。

忽然,一阵沉闷的雷声隆隆响起,打破了丛林的宁静。鸭嘴龙首先警惕地伸起脖子,声音越来越大,它震撼着大地,带来了不祥。三角龙迅速地跳起来,然而,这一切都来得太迟了。大地在抖动,一块块巨大的像山一样的巨石从天而降,四周漫起了烟尘,一团团烟柱拔地而起。一瞬间,天地之间的界线没有了,到处都是黑暗,世界似乎走到了末日。几天之内,地球表面完全被烟尘覆盖,遮天蔽日,气温骤然下降,黑暗笼罩着大地。由于没有了阳光,植物枯萎了,大量的恐龙窒息而死,侥幸活下来的因没有食物吃也先后倒了下去,地球上处处是恐龙的尸体和骸骨。

这是科学家们告诉我们的关于恐龙灭绝的故事。当时,曾有许多小行星撞击地球,强烈的撞击不仅在地球表面留下了直径约200公里的大坑,撞击时产生的高温高压还使物质气化,从而造成地球表面持续弥漫着尘埃,导致动植物大批死亡和生物链的瓦解,恐龙就是在这场突然的灾难后灭亡的。可能有少数恐龙侥幸躲过了一时的灾难,但它们不会延续很长时间,因为它们赖以生存的环境受到了彻底破坏,而恢复则需要很长的时间过程,等待它们的就只有死亡。

小行星撞击地球说并不是编织的神话,地层中铱元素的富集是重要的科学依据。原来,地球上铱元素含量极少,只集中在深部地核内,少量赋存于地层中的铱是从那里来的呢?科学家们通过深入的研究,认为这些铱应该来自宇宙尘埃。20世纪70年代末,在意大利白垩—第三纪交界的黏土层中发现了铱元素高度富集,正好与恐龙绝灭的时间相吻合,随后在世界许多地区都发现这一时期地层中的铱含量异常,于是,天外来客撞击地球使铱元素赋存在地层中的假说就有了证据。根据这一假说,地质学家开始在全球各地寻找铱异常的部位,越来越多的证据支持了这一假说,小行星撞击地球造成恐龙绝灭已成为可以接受的理论。来自天文观测的信息表明,目前太阳系已发现和命名的小行星有2200多颗,它们“访问”地球的机会毋庸置疑。另据推算,小行星陨落到地球时,撞击时所释放的能量与几百颗原子弹、氢弹同时爆炸相当,可能会有数千亿吨土壤和尘埃被抛向空中,使地球至少在几个月甚至十几个月内完全处于一片浑暗和无序状态,看来恐龙灭绝当属“天意”了。

关于恐龙的绝灭原因,还有许多其他假说,最常见的说法有:白垩纪末期的地壳运动、火山爆发引起了造山运动,因而影响了气候、植物的变化,进而威胁了恐龙的生活,导致其绝灭。有人认为是太阳黑子爆发,宇宙射线增加,将恐龙杀死了。有人认为是地球外物质,如彗星和地球的撞击使它们绝灭。有人认为恐龙得了传染病,所以很快死光。有人认为恐龙长得那么庞大是一种病态,自然要绝灭。还有人认为,恐龙绝灭必定与新兴起的哺乳动物有关。哺乳动物的恒温、胎生、神经系统发达等特征都是恐龙望尘莫及的。环境的变化使新兴哺乳动物的高级特征的作用得以发挥,所以显赫一世的恐龙不得不退出自然历史的舞台而让位给新兴的哺乳动物。

虽然科学家们提出了一个又一个的理论来试图解释恐龙灭绝的原因,但是至今没有一个让所有人都能够接受的定论。

在过去的5亿年之内,地球上发生过五次巨大的生命浩劫。其中第五次物种大灭绝距现在最近也最为人们所熟知,恐龙就是在这时灭绝的。经过这场大劫难,当时地球上大约50%的生物属和几乎75%的生物种从地球上永远地消失了。这场大灭绝标志着中生代的结束,地球的地质历史从此进入了一个新的时代——新生代。

古老的鸭嘴兽

恐龙生活在中生代,也就是25亿万年前到6500万年前的这段时间。如果说中生代就是恐龙时代,那么下一个时代——新生代就是哺乳动物的时代。最早的哺乳动物属于单孔目,也就是通过产卵来进行繁殖的哺乳动物。现今的哺乳动物种类繁多,但只有3种单孔类哺乳动物仍然存在,其中最著名的就是鸭嘴兽。

鸭嘴兽是世界上少有的几种“活化石”动物,但它的发现历史并不长。1799年11月,几位英国动物学者在澳大利亚南部发现了一张兽皮,它长着一身海狸的毛、海狸的秃尾巴和鸭子一样的嘴巴。起初,几乎所有人都认为这是某位大骗子的“杰作”,是把鸭嘴缝在小兽皮上伪造出来的,自然界根本没有这种动物存在。过了几年,苏格兰的一名著名解剖学家对那张兽皮进行了细致的观察和研究,断定它不是什么骗子的把戏,而是地地道道的大自然遗物。后来,这种动物的活体不断被发现,该把它叫什么呢?在反复琢磨后,科学家们给它起了一个形象的名字——鸭嘴兽。

然而鸭嘴兽到底属于哪一类动物?是长着鸟嘴的兽,还是长着兽身的鸟,或是长着毛的爬行动物?在这个问题上,欧洲的动物界众说纷纭,莫衷一是。为什么给鸭嘴兽定名这么困难呢?是因为鸭嘴兽身上有许多稀奇古怪的地方。

从鸭嘴兽的外形来看,就很奇特。它的身体像兽类,全身被毛,毛是浓密的短毛,体形为流线形,身长约50厘米。它的嘴是颌部的延长,外形极似鸭子的嘴。别看它的嘴像鸭嘴,可比鸭嘴高级得多了。它的嘴里面是角质的,覆盖在角质上面的是一层柔软的、富有弹性的黑色皮肤,皮肤里还有一些特殊的结构,能感觉到动物肌肉里电场的移动。这使得鸭嘴兽的嘴能准确地把藏在水底淤泥里的小动物捕捉到。它的嘴的前缘还有脊纹,可以咬碎或咬紧食物,下颌两旁还有“过滤器”,把水挤压出去。

鸭嘴兽的巢筑得非常讲究,有几条地道相通,里面铺有树叶和干草。它的巢穴一般有两个洞口,一个通水路,一个通陆地,洞口伪装得很巧妙,通陆地的用乱草遮盖,通水溪的用乱石掩护。它白天在巢中睡觉,晚上结群下水觅食。鸭嘴兽的大部分时间在水中度过,连交配也在水中进行。每年夏秋季是它的繁殖期,每次产卵1~3枚。卵内的胚胎在体内已经发育了10多天,所以卵一经排出,母兽即开始孵。孵卵时它的身体卷曲起来,把卵贴在胸前,伏在窝里不出来。大约10天,小兽便破壳而出。鸭嘴兽的卵壳是软的,上面含有一层胶质,而小兽在卵壳内长有一种特殊的牙齿,破壳时全靠这副卵牙,出壳后就自行脱落。代之而起的是十颗乳牙,可是乳牙还未长成,又一一脱落了。有趣的是母兽没有乳房和乳头,只是在胸前的乳区有乳汁顺毛流出。出壳后的小兽身体很小,没有毛,眼睛也睁不开,全靠舔食乳汁长大。4个月后,它们就能独立到洞外游泳觅食了。

鸭嘴兽的体温低,一般体温维持在26℃~35℃,而且体温随着外界环境的变化而变化,但是变化是有范围的,当环境在30℃~35℃持续不变时,它将失去调温能力而死亡。这一生理特点决定了鸭嘴兽生存范围极为狭窄。