چرا حیوانات غول‌پیکر ماقبل تاریخ کوچک‌تر شدند؟

از بالای سایبان درخت صدای رعد و برق می‌آید؛ مانند این است که صد طبل کوچک همزمان کوبیده می‌شوند. موجوداتی که در سایه بین درختان پنهان شده‌اند، از صدای رعد‌وبرق وحشت‌زده و کف جنگل پراکنده می‌شوند. با درخشش بال‌های رنگین‌تاب سوسک چوب‌خوار، مهاجمی به دنبالش شیرجه می‌زند و قبل از اینکه سوسک بتواند پرواز کند، آن را با آرواره‌های بزرگش می‌گیرد.

این قاتل غول‌پیکر مگانوروپسیس پرمینا (از شیردال مگس‌سانان) است که در دوره پرمین (۲۹۹ تا ۲۵۲ میلیون سال پیش) زندگی می‌کرد. این حشره با پهنای بال ۷۱ سانتی‌متر که دو برابر بزرگ‌ترین سنجاقک‌های امروزی (و احتمالا تقریبا هم‌وزن و هم‌اندازه کلاغ‌های امروزی بوده است)، ظاهرا بزرگ‌ترین حشره‌ای محسوب می‌شود که تابه‌حال روی زمین زندگی کرده است. (درواقع، بزرگ‌ترین حشره دارای قدرت پرواز در سوابق فسیلی.)

عصر پرمین دوره‌ای سرشار از حیات بود و بخش عمده‌ی آن برای ما آشنا است. در این دوران، دوزیستان، خزندگان، ماهی‌ها و حشرات وجود داشتند، اما دایناسورها هنوز پای بر زمین نگذاشته بودند. در دوره‌ی پرمین کوسه‌ها به‌جای خزندگان دریایی ماقبل تاریخی مانند ماهی‌خزنده‌سانان (ایکتیوسورها) و نرم‌پهلودندان که بعدا ظاهر شدند، شکارچیان راس هرم دریاها بودند.

برترین شکارچیان خشکی در دوران پرمین ددکمانان (تراپسیدها)، موجودات چهارپای گوشت‌خوار با آرواره‌های بلند و دندان‌های تیز بودند. هرچند برخی از آن‌ها مانند زشت‌سیمایان بی‌شباهت به جوندگان دندان‌شمشیری بزرگ یا سگ‌های کوچک نبودند، پستاندار به‌شمار نمی‌رفتند.

پرمین دوره‌ای بود که در آن حشرات غول‌پیکر فرمانروایی می‌کردند. مگانوروپسیس پرمینا یکی از نمونه‌های متعدد حشرات پرمین است که از حشرات هم‌عصر خود بزرگ‌تر بود.

بی‌مهرگان دیگر نیز در گذشته به اندازه‌های غول‌آسا می‌رسیدند. طول بندپهلو، از خویشاوندان هزارپاهای امروزی، به بیش از دو متر می‌رسید و با وزنی در حدود ۵۰ کیلوگرم، پیش از آنکه در اوایل پرمین نابود شود، در جنگل‌های دوره کربنیفروس (۳۵۸ تا ۲۹۸ میلیون سال پیش) پرسه می‌زد.

اما اگر محدودیتی در اندازه حیوانات وجود نداشت و همه به یک اندازه بزرگ می‌شدند، چه اتفاقی می‌افتاد؟

برای دادن پاسخ صحیح به این سوال مهم است که این موضوع را درنظر بگیریم که چه عواملی محدود‌کننده میزان بزرگ شدن حیوانات مختلف است.

یکی از فرضیه‌ها در‌این‌باره که چگونه حشرات عصر پرمین به اندازه‌های بسیار بزرگ می‌رسیدند، این است که سطح اکسیژن اتمسفر در آن زمان بیشتر از امروز بود (سطح اکسیژن در آن دوران ۳۰ درصد بود، درحالی‌که امروزه ۲۱ درصد است).

حشرات به کمک سوراخ‌های تنفسی یا منافذی که در دو سمت بدنشان قرار دارد، نفس می‌کشند. سوراخ‌های تنفسی به شبکه‌ای از لوله‌های حاوی مایع ختم می‌شود که در آن اکسیژن منتشر و سپس توسط ماهیچه‌ها جذب می‌شود.

تیم کاکریل، حشره‌شناس دانشگاه فالموث بریتانیا درحالی‌که سوسک میوه استوایی غول‌پیکری را در دست دارد که از غرب آفریقا است، می‌گوید: «این روش تنفس درمقایسه‌با روش تنفس ما کارآیی کمتری دارد. اگر حشرات بزرگ‌تر از امروز بودند، نمی‌توانستند به کمک این روش در اتمسفر حاوی ۲۱ درصد اکسیژن تنفس کنند.‌»

آیا شرایط محیطی برای حشرات غول‌پیکر پرمین مناسب بوده است؟ کاکریل می‌گوید: «اگر نمودار نوسان سطح اکسیژن را در طول زمان بررسی کنید، می‌بینید که تقریبا با زمان پیدایش بزرگ‌ترین حشرات مقارن بوده است.»

اما سطح اکسیژن اتمسفر ممکن است تنها دلیل تفاوت در اندازه حشرات نباشد. فراوانی طعمه‌های کوچک و نبود پرندگان که هنوز در درخت زندگی ظاهر نشده بودند نیز احتمالا به بی‌مهرگان فرصت شکوفایی را داده بود.

سوابق فسیلی مملو از نمونه‌هایی از سایر حیوانات ماقبل تاریخ است که نسبت‌به خویشاوندان امروزی خود بسیار بزرگ‌تر بودند. نمونه دیگری از این دست جیکولاپتروس رنانی است. طول این بندپای غول‌پیکر به ۲/۵ متر می‌رسید (خرخاکی خیلی بزرگ با پنجه‌های وحشتناک را تصور کنید) و در دوره دوونین، حدود ۱۰۰ میلیون سال قبل از پرمین زندگی می‌کرد‌.

جیکولاپتروس رنانی که به عقرب دریایی نیز معروف است، به خاطر بدن چندبخشی طویلش با چنگال‌های بزرگ در یک انتها و دمی نازک در انتهای دیگر، از برخی جهات بی‌شباهت به خویشاوندنش امروزی‌اش مانند خرچنگ‌، شاه‌میگو، عنکبوت، هزارپا، زنبورها و مورچه‌ها نبود.

برخلاف عقرب‌های امروزی که طول آن‌ها حداکثر به ۲۰ سانتی‌متر می‌رسد، جیکولاپتروس رنانی و خویشاوندان غول‌پیکرش آبزی بودند که می‌تواند سرنخی دراین‌باره باشد که چرا تا این اندازه می‌توانستد بزرگ شوند. بزرگ‌ترین بندپایان امروزی همگی دریایی هستند و خرچنگ عنکبوتی ژاپنی بزرگ‌ترین آن‌ها است که طول آن به سه متر می‌رسد.

بندپایان استخوان‌بندی بیرونی دارند. این جانوران دارای پوسته بیرونی سختی هستند که از آن‌ها دربرابر شکارچیان محافظت می‌کند. آن‌ها با دور انداختن این اسکلت‌های خارجی رشد می‌کنند و زیر پوسته قدیمی، پوسته جدید و نرمی ظاهر می‌شود. برای گونه‌های بزرگ‌تر ممکن است سخت‌شدن اسکلت خارجی تازه ساعت‌ها و حتی روزها طول بکشد و در این مواقع حیوانات نرم و آسیب‌پذیر هستند.

روی خشکی، داشتن اسکلت بیرونی میزان بزرگ شدن بی‌مهرگان را محدود می‌کند. اگر جانور خیلی بزرگ شود، پوسته جدید تحت‌تاثیر گرانش تغییر شکل خواهد داد. اگرچه در آب، بدن نرم مورد حمایت قرار می‌گیرد و به بی‌مهرگان اجازه می‌دهد تا بدنشان بزرگ‌تر شود.

مهره‌دارانی مانند پستانداران و دایناسورها نیز ازنظر میزان بزرگ‌شدن تحت نیروهای فیزیکی محدود‌کننده قرار دارند. اگر اندازه خیلی بزرگ باشد، حرکت سخت‌تر می‌شود و تولید فشار خون موردنیاز برای گردش خون در سیستم‌های بدن به انرژی بیشتری نیاز دارد. در این شرایط حتی نفس کشیدن هم به علت تلاشی که برای باد کردن ریه‌ها که تحت فشار بدن بزرگ‌تر قرار دارند، دشوارتر می‌شود.

درحالی‌که بزرگ‌ترین حیوانات روی زمین فیل‌های آفریقایی هستند، پستانداران آبزی چند برابر بزرگ‌تر هستند. وزن نهنگ آبی بالغ یعنی بزرگ‌ترین حیوانی که تابه‌حال زندگی کرده است، حدود ۱۸۰ هزار کیلوگرم یا معادل ۴۰ فیل است. این اندازه تنها در آب قابل دستیابی است که به حرکت کمک می‌کند. بدون شناوری در آب، اندام‌های حیوانات بزرگ ممکن است دراثر وزن بدنشان متلاشی شود.

غول‌های امروزی و ماقبل تاریخ مانند نهنگ‌ها، فیل‌ها و دایناسورهای ساروپود گردن‌دراز همه اغلب گیاهخوار بوده و هستند. این امر تا حدی به علت متابولیسم و گرمای بدن است. حیوانات بزرگ‌تر نسبت سطح به حجم بیشتری دارند، به این معنا که مثلا فیل درمقایسه‌با سطح پوستش حجم بیشتری دارد، درحالی‌که موش درمقایسه‌با سطح پوست خود حجم بسیار کمتری دارد. این بدان معنا است که حیوانات بزرگ‌تر گرمای بدن خود را بسیار موثرتر از حیوانات کوچک‌تر حفظ می‌کنند که این یکی از دلایلی است که چرا پستانداران با حجم زیاد مانند فیل‌ها، کرگدن‌ها و اسب‌های آبی نسبتا بی‌مو هستند و باید خود را به کمک ابزار دیگری مانند حمام گِل خنک کنند.

دلیل دیگر این است که به‌علت رژیم غذایی گیاهی، جانوران مذکور مقدار زیادی انرژی را به صورت گرما در حین فرایند هضم آزاد می‌کنند. کیت لیونز، استادیار زیست‌شناسی دانشگاه نبراسکا در ایالات متحده می‌گوید: «فیل‌ها اساسا خمره‌های تخمیر غول‌پیکر هستند. دایناسور غول‌پیکر اساسا یک کارخانه آبجوسازی متحرک است، بنابراین آن‌ها گرمای زیادی تولید می‌کنند.»

دایناسورهای ساروپود که شامل آرژانتیناسور و دیپلودوکوس می‌شوند، مانند پرندگان امروزی در امتداد اسکلت خود دارای کیسه‌های هوایی بودند. لیونز می‌گوید: «کیسه هوایی دو کار برای دایناسورها انجام می‌دهد: به آن‌ها اجازه می‌دهد تا گرمایی را که تولید می‌کنند، پراکنده کنند و همچنین به آن‌ها کمک می‌کند تا استخوان‌های سبک‌تری داشته باشند اما همچنان وزن خود را تحمل کنند.» آن‌ها تا این اندازه بزرگ تکامل پیدا کردند، زیرا توانایی کنترل گرمایی را که طی هضم غذا تولید می‌کردند، داشتند.

لیونز می‌گوید: «اگر ساروپود به اندازه حشره‌خوار بود، زنده نمی‌ماند و بالعکس، اگر حشره‌خوار را نیز با متابولیسمی که دارد، به اندازه فیل یا دایناسور می‌رساندید، زنده نمی‌ماند، زیرا انرژی کافی برای زنده ماندن را دریافت نمی‌کرد.» اینکه چرا حیوانات به اندازه‌ای که می‌بینیم، هستند، ارتباط زیادی با محیط، غذای در دسترس آن‌ها و شکارچیانی که آن‌ها را احاطه کرده‌اند، دارد.

محیط نیز نقش دارد. کرگدن‌های پشمالو و ماموت‌های پشمالو که در عصر یخبندان پلیستوسن (۲/۵ میلیون تا ۱۱ هزار سال پیش) از شمال اروپا تا سیبری و آمریکای شمالی زندگی می‌کردند، برای مقابله با دمای سرد به پوشش پرپشم و پرپُشت نیاز داشتند. سوابق فسیلی نشان می‌دهد تعداد جانوران عظیم‌الجثه‌ای مانند کرگدن‌ها و ماموت‌ها در جریان انتقال بین دوره‌های سرد به دوره‌های گرم‌تر به اوج خود می‌رسید. در این زمان‌ها غذا فراوان‌تر بود، اما هوا آن‌قدر گرم نبود که جانوران بزرگ نتوانند آن را تحمل کنند. در عصر پلیستوسن نیز پستانداران بزرگی وجود داشتند که در اقلیم‌های گرم‌تر زندگی می‌کردند. یکی از این پستانداران تنبل زمینی غول‌پیکر از آمریکای جنوبی بود که از سر تا پنجه پا ۶ متر بود.

اینکه چرا پستانداران دارای این اندازه‌ها هستند، ارتباط زیادی با محیط دسترسی غذا و شکارچیان اطراف آن‌ها دارد. اما اگر فرض کنید آن اندازه‌ها تغییر کنند، چه اتفاقی می‌افتد و چه جانورانی در صدر قرار می‌گیرند؟ آیا بی‌مهرگان غول‌پیکر دوباره این سیاره را تحت سلطه خود درمی‌آورند؟

ویلیام پارک روزنامه‌نگار بی‌بی‌سی می‌گوید: «هنگام آماده کردن این مقاله یکی از موضوعاتی که ذهن ما را به خود مشغول کرد، این بود که برای مدفوع‌ها چه اتفاقی می‌افتد؟ آیا اگر حیواناتِ کوچک‌تر بزرگ‌تر می‌شدند، خیلی زود غرق در مدفوع می‌شدیم؟ فکر کردن به این موضوع کمی منزجرکننده است، اما خوشبختانه کاکریل و لیونز آماده پاسخگویی به این سوال و برخی از سایر سوال‌های عجیب ما بودند. برای آن‌ها نیز پیامدهای تغییر اندازه حیوانات از نظرحجم مدفوع نگران‌کننده بود.»

پارک در ادامه می‌نویسد، یکی از اولین موضوعاتی که فکر کاکریل را به خود مشغول کرده بود، این بود که ککی به اندازه انسان تا چه حد می‌تواند بپرد. کاکریل می‌گوید: «درمورد فیزیک اندازه حیوانات و فیزیک عضلات قانونی کلی وجود دارد. وقتی عضله بزرگ‌تر می‌شود، به‌طور نسبی قدرت آن کمتر می‌شود. بنابراین هرچه حیوان بزرگ‌تر باشد، قدرت عضلاتش برای آن اندازه بدن کمتر می‌شود. اگر کک را به اندازه کانگورو بزرگ کنیم، احتمالا فقط می‌تواند به اندازه کانگورو بپرد.»

علت آن است که نسبت قدرت یک عضله نسبت‌به سطح مقطع آن است (سطح یک عضله وقتی به به دو نیم برش می خورد). مهم نیست کک چقدر بزرگ شود، توانایی پرش آن محدود خواهد بود.

هرچند دلایل اساسی درمورد اندازه بدن حیوانات وجود دارد، هنوز مقداری انعطاف‌پذیری وجود دارد. یک حیوان ممکن است درنهایت بزرگ‌تر یا کوچک‌تر از حیوان دیگری از همان گونه شود که چند کیلومتر دورتر است. این پدیده گاهی با‌ عنوان قانون جزیره (قانون فاستر) توصیف می‌شود که در آن حیوانات بزرگ روی جزیره‌ها کوچک‌تر و حیوانات کوچک‌تر بزرگ‌تر می‌شوند.

شاید این‌طور باشد که حیوانات کوچک‌تر که معمولا در زنجیره غذایی موقعیت پایین‌تری دارند، در جزیره‌ها در غیاب شکارچیان معمول خود آزاد هستند و بزرگ‌تر از همتایانشان در سرزمین اصلی می‌شوند. از طرف دیگر، حیوانات بزرگ‌تر به دلیل کمبود منابع غذایی کوچک‌تر می‌شوند.

شبه‌جزیره گارگانو که روی نقشه به شکل خاری روی پشت چکمه ایتالیا قرار دارد، چندین نمونه را در سوابق فسیلی خود ارائه می‌دهد. از اواخر میوسن تا اوایل دوره پلیوسن (حدود ۵/۳ میلیون سال پیش)، زمانی که سطح دریای مدیترانه بالاتر بود، گارگانو از سرزمین اصلی ایتالیا جدا بود و این جزیره مملو از موجودات غول‌پیکر بود.

موش‌تیغی‌های گارگانو نسبت‌به همتایانشان که در سرزمین اصلی زندگی می‌کردند، بزرگ‌تر بودند. گونه موش‌تیغی به نام Deinogalerix koenigswaldi جمجمه‌ای به طول ۲۰ سانتی‌متر داشت. همچنین همسترهای غول‌پیکر (Hattomys gargantua)، سمورهای بزرگ (Paralutra garganensis) و جغدهای عظیم‌الجثه (Tyto gigantean) وجود داشتند که از بزرگ‌ترین گونه‌های امروزی بزرگ‌تر بودند.

انسان فلورسی نیز احتمالا نمونه‌ای از کوتولگی جزیره‌ای بوده است. نمونه‌ای از این گونه که به خاطر اندازه کوچکش هابیت نامیده می‌شود، اولین نمونه از انسان فلورسی است که در جزیره فلورس اندنوزی کشف شد و تصور می‌شود ۹۵ هزار سال قدمت داشته باشد.

یکی از تئوری‌هایی که وجود دارد، این است که انسان فلورسی یکی از فرزندان کوتاه‌قد انسان خردمند یا شاید انسان راست‌قامت کوتوله بوده است. درحالی‌که منشا انسان فلورسی مشخص نیست، به‌نظر می‌رسد که این انسان‌های کوچک برای هزاران سال فقط روی این جزیره زندگی می‌کردند.

اما شواهد برای قانون جزیره محکم و ثابت نیست (زیست‌شناسی که برای اولین‌بار آن را پیشنهاد کرد، فقط گفت موارد سازگار با این قانون بیشتر از استثناها هستند، اما نگفت که این قانون همیشه ثابت است).

البته ممکن است نسبت‌به تصور ما انعطاف‌پذیری بیشتری در اندازه‌ای که حیوانات می‌توانند به آن برسند، وجود داشته باشد.

انسان‌ها را درنظر بگیرید. در کشور هلند که بلندقدترین مردم را دارد، مردان به‌طور متوسط به ۱۸۴ سانتی‌متر و زنان به ۱۷۰ سانتی‌متر می‌رسند، درحالی‌که در کشور تیمور شرقی که کوتاه‌قدترین مردمان را دارد، متوسط قد مردان ۱۶۰ سانتی‌متر و متوسط قد زنان ۱۵۳ سانتی‌متر است.

رژیم غذایی و محیط نقش مهمی را در افزایش ۲۰ سانتی‌متری قد هلندی‌ها در طول دو قرن گذشته داشته است، اما انتخاب جنسی نیز نقش قابل‌توجهی دارد. در هلند قد بلند جذاب‌تر است و به همین دلیل است که هلندی‌ها به‌طور پیوسته قد بلندتر می‌شوند.

خویشاوندان کوتاه‌قد ما یعنی انسان فلورسی که قد آن‌ها به ۱۰۶ سانتی‌متر می‌رسید، ممکن است حاصل قانون جزیره بوده باشند، شاید آن‌ها به این دلیل کوتاه بودند که غذای کمتری برای خوردن وجود داشت، یا شاید علت کوتاه بودن آن‌ها این بود که قد کوتاه برایشان جذاب بود. یا شاید هر دو یا شاید هم هیچکدام.

هرچند در اندازه‌ای که یک انسان می‌تواند بزرگ شود، مقداری انعطاف‌پذیری وجود دارد، باید سپاسگزار باشیم که زیست‌شناسی و فیزیک اندازه موجودات را کنترل می‌کند. اگر این‌طور نبود ممکن بود با جهانی پر از آشفتگی رو‌به‌رو شویم.