胖身叩壁蜥
爬行動物通常被認為是脊椎動物中最能適應在沙漠生存的動物。
世界上所有的沙漠地區都生活著各個種類的爬行動物,許多種類都因為具有生存在這種不毛之地的能力而聞名,比如美國莫哈韋沙漠中的胖身叩壁蜥、撒哈拉沙漠中的棘刺尾蜥以及澳洲中部沙漠的網紋蜥等,都能在白天溫度超過40℃、降雨量非常稀少的地區生存。
在過去的幾十年間,對這些種類行為和生理方面的大量研究已經從多個角度揭開了它們能夠在這種條件下存活的秘密。
首先,作為外溫性動物(依靠外部熱源調節體溫的動物),它們充分利用了太陽光的熱量,能夠全天保持一個穩定的體溫。朝向、遠離陽光的姿勢和身體角度上的一些小的變化都使它們能夠根據需要,升高或降低體溫。在中午時分將身體抬離熾熱的地表並豎直站立(高蹺),或者在一天中最熱的時候爬到細枝和樹枝上,也是非常有效地調節體溫的方法。
它們非常低的新陳代謝率——大約為與其體型大小相當的鳥類或哺乳動物的1/10——意味著它們對食物的需求非常少。爬行動物水分迴圈速度和對關鍵營養物質如蛋白質和碳水化合物的需求也是非常低的,這使它們能夠在能量消耗較高的動物如鳥類和哺乳動物不能生存的、食物匱乏的地區生存下去。
蜥蜴的溫度調節
另一個有幫助的因素是,它們對自身內環境的紊亂有著極強的忍耐力。
所有的脊椎動物都會調節血液中的關鍵元素如鈉和鉀的濃度,但是爬行動物,尤其是蜥蜴,能夠忍受與標準濃度偏差甚大的情況。在夏季,蜥蜴血液中鈉離子的濃度可以達到300毫摩爾/升,鉀離子濃度可以達到12毫摩爾/升,這種濃度對鳥類或哺乳動物來說是致命的,而有些種類的蜥蜴,如澳洲西部的荒漠沙蜥能夠在這種內環境紊亂的情況下存活數月,直到雨季來臨時——雨季期間,它們喝下雨水,然後血液迅速恢復電解質平衡。
爬行動物也透過排洩出作為蛋白質分解和代謝產物的尿酸而不是尿素,來儲存大量的水分。
澳大利亞網紋蜥
尿酸的溶水度非常低,並能在腎小管和洩殖腔中沉澱,最後以白色固體形式排出體外。隨著尿酸被沉澱,大量的水分被洩殖孔和腸的後部分(結腸)重新吸收。實驗室研究顯示,在一些蜥蜴,如巨蜥中,從其腎臟流入洩殖孔中的液體90%都被身體再吸收。
棲息在沙漠中的爬行動物的另一個顯著特徵是,當它們面臨極熱或極冷的溫度或水分喪失時,具有減少所有維持生命所必需的活動的能力。
在夏季,胖身叩壁蜥能夠在岩石裂縫深處保持休止狀態長達數月,以等待雨季或更適合生存的天氣條件來臨。有證據顯示在不適宜生存的條件下,如身體極度脫水造成鹽分增加時,這些動物會“重新設定”自身的溫度系統,所以當它們活動時,身體溫度會保持比平時的溫度低1~2℃。這種調節有效地減少了維持生命所需的體內水分的蒸發量,從而有助於延長它們的生存時間。
所有這些因素為爬行動物成功入主並充分利用沙漠地區奠定了堅實的基礎。
但是,我們所謂的“適應”一般是指動物顯性的(形態、行為和生理)、可被遺傳的變異。這種變異是自然選擇的產物。為了回答是否我們見到的沙漠裡的爬行動物的這些特徵都是自然選擇的產物,我們需要把它們與棲息在溫帶和熱帶地區且從未到過沙漠這種嚴酷環境的爬行動物做比較。
令人驚歎的是,透過對比,發現不論這些爬行動物是否生存於或到過沙漠中,它們對沙漠地區的適應能力幾乎沒什麼區別。這樣的事實導致這樣一個結論,即大體上由於它們基本的生理狀況和行為方式上的天性,爬行動物能很好地適應或者“生來就能適應”沙漠環境。因此我們可以認為,爬行動物對某些環境的適應是一種“功能變異”,而不是自然選擇的產物。