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最早进入陆地的动物长什么样?它们又是如何进入陆地的?
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地球生命起源于35亿年前的海洋,经历了漫长的单细胞进化。直到5.41亿年前的寒武纪大爆发,生物竞争加剧,节肢动物作为最早适应陆地环境的群体,开始了它们的征服之旅。它们凭借先进的运动和防护系统,如外骨骼和适合爬行的步足,以及对潮汐环境的利用,逐步从海洋走向陆地。尽管早期登陆的节肢动物如蝎子,其呼吸系统(书鳃)仍需湿润,但它们通过夜间活动成功规避了紫外线辐射的威胁。随后,书肺和气管系统的演化,使蛛形纲和多足纲(包括昆虫)彻底适应了陆地生活。相较于植物,节肢动物凭借其生活方式的灵活性,成为了比植物更早的陆地开拓者。

🧐 **节肢动物是首批登陆陆地的动物**:地球生命起源于海洋,但在寒武纪(约5.41亿年前)之后,生物竞争促使生命开始探索陆地。节肢动物凭借其独特的身体结构和早期准备,成为最早成功登陆的动物群体,甚至可能比植物更早踏足陆地。

🚀 **完善的登陆“装备”**:节肢动物为登陆做了充分准备。它们拥有支持往返运动的系统,例如多节段的身体和成对的附肢,既能爬行挖掘,也适合在陆地和海洋间移动。更重要的是,它们在寒武纪就进化出了“外骨骼”,这不仅是防御捕食者的护甲,也如同“宇航服”般为它们提供了抵御陆地环境的初步保护。

🌊 **潮汐的助力与捕食者的驱动**:月球的引力导致潮汐,生活在浅水区的节肢动物在潮水退去时获得了上岸的机会。而为了躲避海洋中的捕食者,成为它们向陆地深处迈进的强大动力。这种“逃避捕食”的生存压力,促使它们勇敢地进入对生命而言更为严酷的陆地环境。

💨 **呼吸系统的演化与适应**:最早登陆的节肢动物,如晚志留纪的蝎子(约4.2亿年前),虽然拥有适应陆地爬行的步足,但其呼吸器官“书鳃”仍需保持湿润,表明它们并未完全摆脱对水的依赖。直到泥盆纪(约4.17亿至3.58亿年前),蛛形纲动物才演化出“书肺”,而多足纲则发展出气管系统,实现了对陆地空气呼吸的完全适应,为昆虫等更成功的陆生节肢动物奠定了基础。

☀️ **夜行性与紫外线规避**:在植物登陆之前,地球的臭氧层较薄,紫外线辐射强烈。节肢动物通过改变生活习性,如白天躲藏、夜晚活动,成功规避了高强度的紫外线威胁。这种灵活性是它们比需要阳光进行光合作用的植物更早适应陆地环境的关键因素之一。

地球生命至少在35亿年前就已经出现,但是早期生命经历了漫长的海洋生活,而且是无趣的单细胞状态。直到寒武纪(距今5.41亿至4.85亿年前),生物间的竞争变得越来显著,生命开始纷纷想方设法“装备”自己,让自己适应环境,以及在竞争中胜出。


这个时期生物特征像雨后春笋一样不停演化出来,人们把这一盛况称为寒武纪物种大爆发,我们今天所见的主要动物门类都在那时出现了,包括这篇的主角——节肢动物。

然而,寒武纪生命的舞台是在海洋中,那时的陆地环境对于生命来说不亚于月球,是完全不符合生命生存繁衍的。

生命想要从海洋进入陆地,它必须做好几个准备:

第一,能够支撑它们往返的运动系统,就像登月需要返回舱一样,单程票没有意义;第二,能够承受陆地环境压力的保护系统,就像宇航员需要宇航服一样;第三,它们还要有特殊的生命维持系统,支持它们在充满辐射、温差极大、甚至没有它们熟悉的氧气的地方生活。

最后,即便生物已经做好准备,它们还需要一个理由,它们适应海洋,海洋对它们来说是舒适的,它们需要一个奋不顾身进入致命环境的理由。


很多人可能好奇什么动物最早进入陆地?这其实是生物界没有争议的部分,节肢动物是最早登陆的动物群体,因为最早做好了登陆准备。

它们很早就拥有适合往返的运动系统,它们的身体结构简单,包括一个稍微复杂的头部,以及许多节段,每一节段上都有一对附肢,这些附肢让它们能够在海底的岩石和泥土中爬行、挖掘,当然也适合陆地海洋的往返。

在寒武纪时期,它们就获得了一套防护装备——外骨骼,这种结构保护它们免受上层游动的捕食者的袭击,但也让它们获得通往陆地的“宇航服”。

地球有一颗不成比例的天然卫星——月球,在它的引力影响下,海洋经历周期性潮起潮落,这在地球生命进化中发挥着重要作用。


那些生活在海岸边、浅水旁的节肢动物,在潮水退去的时候,它们被迫获得了上岸的机会。

现在,它们只差一个向陆地深处前进的理由,而如今普遍认为,这个理由就是躲避捕食者为了不被吃掉,它们必须勇敢地向陆地迈出脚步。

但是,现在它们还缺少最后一个准备,就是一套能够用于陆地呼吸的系统,就有可能迈向新世界了。

已知最早的陆生动物化石之一,是来自晚志留纪(约4.2亿年前)的蛛形纲节肢动物——蝎子,不过它们并不能完全称为“陆生动物”,因为它们缺乏能够在陆地呼吸空气中氧气的呼吸系统。


它们拥有被称为“书鳃”的呼吸器官,这种呼吸器官拥有许多扁平的呼吸板,这些呼吸板像书页一样层叠,因此得名。

既然它是以“鳃”命名,这已经暗示了,它是从水中获取氧气的器官,不过这些蝎子明显可以在海岸线沿岸的水外活动和觅食,因为它们的步足末端跗节较短,同时变得粗壮,陆地没有海水提供浮力,需要完全由腿来支撑身体,这种步足意味着它们相比于同类更适合在陆地上爬行。

至于书鳃如何支撑它们离开水体?

或许这种结构只需要保持湿润就能够很好的获取氧气,所以只要这些蝎子不要走太远就没问题。

直到泥盆纪时期(距今4.17亿至3.58亿年前),蛛形纲动物才从书鳃演化出“书肺”,并完全适应陆生活动。

与蛛形纲几乎同时迈向陆地还有一个节肢动物分支,就是多足纲包括现在的千足虫和蜈蚣,它们几乎和蝎子同时登陆。

但是它们的“装备路线”和蛛形纲不同,它们没有书肺,而是获得了气管呼吸系统,直接将氧气通过气孔输送到器官。


相比于蛛形纲,目前对多足纲的登陆演化知之甚少,但它们的祖先在不久将来还演化出一种陆生动物,它们堪称地球有史以来最成功的群体,就是昆虫。

最后

许多科普读物上,描绘地球生命登陆的情景时,通常会下意识地认为植物更早进入陆地,但从现有的化石证据来看,节肢动物可能更比植物早进入陆地

最早走向陆地的节肢动物,它们就没有植食性的,都是掠食者,比如所有蝎子、蜈蚣直到今天也全部都是掠食者,它们最初生活在没有植物的陆地上。

有一个重要原因让植物无法早已动物登陆,就是动物可以在更恶劣的环境下生存,而植物不行。

比如臭氧层,它是伴随着植物登陆才逐渐变成今天这样的,而在植物登陆之前,臭氧层浓度水平更低,这意味着它吸收太阳紫外线辐射较少,这对生命非常不友好,动植物都难以在臭氧层浓度水平较低的情况下暴露在阳光下。

但是,动物可以改变生活方式来适应这种情况,比如白天躲避,晚上活动,而植物不行,它们必须要阳光才能生存。

很明显,蝎子、蜈蚣就是这么做的,它们直到今天都是夜行动物,而植物只能等待臭氧层水平足够时才能登陆。

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