自地球上出现第一个生命以来，其中最大的生命体一直在不断变大。在 36 亿年的进化过程中，生命的体型最大的尺度增加了 16 个数量级——大约是 1 亿亿倍——从单细胞生物到如今巨大的红杉（右下）。无论别人怎么说，体型确实很重要。
从蓝鲸到蜥脚类恐龙，最大的生物不仅能激发人们的想象力，对科学家来说也是极具吸引力的研究对象。斯坦福大学的Jonathan Payne就是其中一员，他与一个庞大的团队雄心勃勃地着手研究生命体最大体型在地球生命整个历史中的演化过程。
该团队逐一审视了每一个地质时代和时期，搜寻了当时存在的最大物种的文献资料，并记录了它们的体积大小。他们还采访了分类学领域的专家，了解他们的观点。Payne 的完整数据库可在网上查阅，数据显示，生命体最大体型的巨大增长并非一个渐进的过程。
相反，它发生在两个主要的爆发期，仅占生命历史的 20%，却贡献了最大体型增长的 75%。在这两次事件中，最大的生物体型都增大了约一百万倍。第一次爆发发生在更复杂、区隔化的细胞进化之后，第二次则在多细胞生物出现之后，这两次都恰逢空气中氧气水平的急剧上升。这是环境变化解锁了预先存在的进化潜力的一个例子。
两大飞跃……
第一次飞跃发生在约 19 亿年前，当时第一个真核生物细胞问世。如今，这些细胞构成了动物、植物和真菌的身体。它们都有一个包含 DNA 的细胞核，以及许多其他具有特定功能的细胞器。正是这种内部复杂性使真核生物区别于像细菌这样的原核生物细胞，后者缺乏细胞核和其他此类细胞器。由于其内部分工，真核细胞不必依赖简单的扩散来将营养物质运输进出其边界，因此可以比遵循原核生物蓝图的细胞大得多。
在这次细胞演化史上的伟大飞跃中，最大体型增加了百万倍，但在此后约十亿年内基本保持不变。下一次体型上的重大创新发生在距今 6 亿至 4.5 亿年前的埃迪卡拉纪、寒武纪和奥陶纪。在地质学意义上的非常短的时间内，地球生命经历了生物多样性的爆炸式增长，单细胞物种被明显更大的多细胞生物所取代。
这些相对巨大的生物包括了所谓的“埃迪卡拉生物群”中标志性和神秘的成员——Dickinsonia，以及体型可达 9 米长的直角石，它们是鱿鱼和章鱼的巨型近亲。Grypania比当时存在的细菌大一百万倍，但最大的直角石比它们又大了一百万倍。
自奥陶纪以来的 4.5 亿年里，体型方面的发展相对较少。与最大的直角石相比，如今的蓝鲸只比它大约 30 倍，而最大的现存个体生物——巨型红杉，也只比它大一千倍。
数据缺失？
如此规模的分析必然存在争议，Payne 对此心知肚明。例如，支持第一次体型飞跃的大部分数据来自于一系列被称为Grypania spiralis 的薄管状化石，每块长度略大于一厘米。它的身份一直备受争议——一些人认为这些化石是细菌（原核生物）的群体，但另一些人认为它们是最早已知的真核生物之一。
Payne 认为证据倾向于后一种理论——化石的形状和大小都很规则，并显示出复杂的内部结构。即使Grypania实际上是细菌的集合体，也存在其他大型化石化的真核细胞；排除Grypania只会将第一次体型飞跃的日期提前几亿年。
Payne 还认为，他的数据库准确地反映了化石记录和历史本身。首先，寻找历史上最大物种的任务之所以能够完成，是因为古生物学家是兴奋的人们，当他们发现异常巨大的化石时会更加兴奋。结果是，异常巨大的化石物种的名称往往带有拉丁语或希腊语词根，意为“大”、“巨型”等等。
即使最大的物种尚未被发现（或者说，即使发现的化石是其物种中异常小的个体），最终结果也不太可能受到很大影响。Payne 考虑的体型飞跃是巨大的，正如他所说：“恐龙、鲸鱼或头足类生物的体型不可能比已知最大的标本大十倍。”
Payne 还考虑并排除了第二次体型飞跃只是表观现象的可能性，因为后来的大型动物比早期的动物保存得更好。首先，化石足迹和其他动物生命迹象的大小通常与化石本身的大小相匹配。此外，一些早期动物群体，如奇特的奇虾，虽然保存完好率很低，但即使是它们也留下了零星的大型遗骸。
你只需要氧气
显然，复杂性的增加——从原核生物到真核生物，从单细胞到多细胞——使得生命体能够变得更大。但它们不一定是“原因”。可以肯定的是，在重大创新和它们所带来的体型增长之间似乎存在延迟——第一个多细胞真核生物化石可以追溯到埃迪卡拉体型爆发前 6 亿年。为什么会有这个间隔？
Payne 的数据无法告诉我们原因，但他认为，这两个体型飞跃都恰好发生在地球历史上氧气浓度急剧上升的时期，从不到现代水平的千分之一上升到约 1-10%，然后再到当前的水平，这并非巧合。
这是一个合理的理论——氧气浓度和体型的增加以前就已被联系起来，科学家们曾提出，日益氧化的大气是真核生物起源以及寒武纪动物多样性爆发的触发因素。真核生物需要氧气来呼吸，而像大型动植物这样的复杂多细胞真核生物对氧气的需求量更大。
Payne 认为，早期物种具有结构创新，使其有潜力变得更大，但日益充裕的氧气才是引发真正变得庞大的竞赛的导火索。它成为了早期生命实现其已有的进化潜力的触发器。
参考文献：J. L. Payne, A. G. Boyer, J. H. Brown, S. Finnegan, M. Kowalewski, R. A. Krause, S. K. Lyons, C. R. McClain, D. W. McShea, P. M. Novack-Gottshall, F. A. Smith, J. A. Stempien, S. C. Wang (2008). Two-phase increase in the maximum size of life over 3.5 billion years reflects biological innovation and environmental opportunity Proceedings of the National Academy of Sciences DOI: 10.1073/pnas.0806314106
