《科学画报》
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寻找脊椎动物中的“小矮人”
2013-03-15 15:33:52文／张 鹏
生活在马达加斯加岛的迷你变色龙
如果问世界上最小的脊椎动物是什么，也许很多人的答案是生活在南美洲亚马孙热带雨林中身高仅11厘米左右的指猴。非常遗憾，答案是错误的，因为指猴相对于下面这些微型动物，就像霸王龙站在了婴儿面前一般。
最小的脊椎动物
2009年，当巴布亚新几内亚的夜幕又一次降临时，来自美国路易斯安那州立大学的克里斯托弗·奥斯汀及其同事开始了寻找新物种的工作。在这片森林地表的落叶层中，人们总能听到昆虫般高亢的叫声，然而每次反复寻找都一无所获。
奥斯汀抓起一大把落叶扔进塑料袋里，回到营地借助有利的光线仔细检查，在森林中一无所获的原因很快水落石出。原来，发出这种叫声的并非昆虫，而是体长仅7.7毫米的一种雄性微型叶蛙，鸣叫声是用来吸引异性的。
过去几年间，一系列微型脊椎动物陆续被发现，引发了一场搜索世界上最小脊椎动物的比赛。以前的世界纪录保持者是2006年在印度尼西亚苏门答腊岛发现的一种淡水鲤鱼，雌性体长仅7.9毫米，而微型叶蛙的发现无疑又一次刷新了这一纪录。
在鱼类、蛙类、蜥蜴和蛇等大多数脊椎动物中，生物学家都已经发现了微型的种类。这都要归功于新加坡的两位鱼类学家，他们偶然间用细网眼的渔网捕捉到了微型鱼类，于是人们纷纷效仿使用各种新工具，让微型动物开始渐渐进入人们的视野。
那么，未来我们还会发现更小的脊椎动物吗？最小的极限是什么？究竟是什么原因让它们变得这么小呢？
适者生存的表现
不同的因素会导致生物向着不同的方向演化。生活在湿地中的鱼类，微小的体型可以确保它们依靠少量的水度过干涸期。就蛙类而言，驱使其进化的因素则更为简单。奥斯汀说：“这些蛙类个体变小是为了捕食落叶上不计其数的虫螨，其他大型生物不会与其争夺这些毫不起眼的食物。”食物资源指引着蛙类在全世界范围内独立地向着微型化方向迈进。
各种生物在生态系统中都占据着一定的空间位置以维持生存需要，这被称为生态位。生态位是动态的，并非一成不变。在广阔的大陆上，一些物种能成功地扩张到比它们正常生态位更大的空间。然而，在岛屿上空间非常有限，“这就意味着你不得不寻求其他办法，而个体小型化可以使你占据其他脊椎动物没有的生态位”，美国宾夕法尼亚州立大学的进化生物学家布莱尔·赫奇斯说道。这也许解释了为什么大多数微小脊椎动物都生活在岛屿上而不是大陆。
浓缩的都是精华
变小的最简单方法就是在发育早期就停止生长，微型动物将这一点演绎得淋漓尽致。它们经常在幼体期就停止发育，这意味着一些成体特征从来就没有形成过。例如，微型蛙类只有简单的骨架，因为在发育后期才会出现的大的骨骼结构根本没有形成。缺胳膊少腿也是变小的好办法之一，科学家在马达加斯加岛发现了几种微型蛙类就是这样的。
更有甚者，某些蛙类在发育早期会跳过一个或几个步骤，即所谓的“直接发育”。也就是说，它们完全省略了蝌蚪发育期，直接破壳而出变为成年个体。这也许是因为它们生活的环境水资源不足，而水生阶段又是非常危险的，尤其是对于那些后代数量很少的动物。
苏门答腊岛的微型鲤鱼也是如此。它们看起来像幼鱼，但是有些特征如雌鱼体内怀有卵，表明它们已经是完全成熟的个体。当伦敦自然历史博物馆的鱼类学家拉尔夫·布里茨研究它们的骨骼时发现，与近亲的其他鱼类相比较，微型鲤鱼的许多消失的骨头通常都应该在发育晚期形成。但是，微型鲤鱼并不是发育停滞的幼鱼，它们甚至进化出了一些独有的特征。例如，雄鱼的变异腹鳍已转化成两个鼓槌状的附属器官，并带有钩子和凸起。布里茨惊叹道：“这些特征与已知的3000多种鲤鱼截然不同，真是太不可思议了！”
布里茨认为，微型鲤鱼开辟了崭新的进化方向。他说：“微缩的身体给了它们更多自由发挥的空间，去做那些其他生物办不到的事情。这就好比一栋楼房，楼层越高搬东西越费劲，但是如果在一楼干起活儿就方便多了。”
繁衍难度非常大
众所周知，对于一定体积的物体，被分割得越细小，其总表面积就会越大。对于恒温动物来说，这意味着体型越小，热量散失得越快。因此，小型的鸟类和哺乳动物都是通过加快新陈代谢及时地补充热量。但是，这也就限制了它们的体型不可能变得太小。这就是为什么世界纪录中最小的鸟（30毫米的古巴吸蜜蜂鸟）和最小的哺乳动物（40毫米的伊特鲁里亚侏儒），要比已知的最小爬行动物（14毫米的加勒比矮壁虎）大得多的原因。尺寸限制最典型的例证是，它们必须通过不停地吃东西来补充散失的热量。
变温动物的问题不是热损失，而是水分的流失，两栖类尤为如此。奥斯汀在给微型叶蛙进行跳跃能力测试时十分小心，因为它们多孔的皮肤和过大的体表面积暴露在干燥的空气中只要几分钟就会导致其死亡。这可能也是为什么它们只生活在热带雨林树叶上的原因，因为叶片表面的潮湿环境可以提供合适的湿度。鱼类虽然也是变温动物，但是由于生活在水中，所以热损失和水分流失显然都不是问题。
微型动物少一些骨头其实并不会对身体造成太大的影响，但是器官则不然。器官是由细胞构成的，像眼和大脑这样复杂的器官需要大量的细胞构成，结果是小动物的器官相对于身体的比例往往比大动物的大得多。
随着脊椎动物个体变小，适应身体内部的需要变得越来越困难，特别是繁殖后代。事实上，大多数微型两栖动物、爬行动物和哺乳动物，在体内受精时只能容下一个卵。这个卵相对于母体显得很大，而母体的其他部分则会尽可能的压缩，为卵腾出更多的空间。2008年，赫奇斯记录了一种巴巴多斯线蛇，体长仅100毫米，是世界上最小的蛇。这种蛇每次只怀一个卵，卵的形状像一根香肠，其长度是宽度的10倍，并且占据了母体空间的二分之一。
生物学家一直在争论谁是世界上最小的脊椎动物，而两栖动物的身体形状使其总是要比爬行动物短一些。正如赫奇斯所言：“蛙类的身体就像一个长了四肢的皮球，在更容易包裹器官的同时，也为容纳一个卵留出了更多的余地。”因此，蛙类无疑是强有力的候选者。
两栖类的体长测量方法是从口部到肛门的距离，而鱼类则是从口部到尾鳍末端的距离。生物学测量标准的不同使得后者在比赛中总是吃亏一些。但是，不管怎样，各种因素都表明还有更小的脊椎动物尚未被发现，也许颁发“最小脊椎动物奖”还需要再等上几年。
