海生无脊椎动物的演化？蜂房为什么是六角形

海生无脊椎动物的演化

海生无脊椎动物和早古生代比较有显然不同，笔石类几乎完全绝灭，三叶虫和鹦鹉螺类大大地减少；珊瑚、腕足类的组成成分和数量都有了巨大的变化。头足类中无棱菊石类、腹足类等也较常见，牙形石在晚古生代也十分重要。作为晚古生代地层划分、对比依据的主要生物门类有：腕足类、珊瑚、 、无棱菊石和棱菊石类，以及牙形石，竹节石（图8-1）。

图8-1 晚古生代化石图

（转引自全秋琦、王治平，1993）

1—Euryspirifer（阔石燕，D₁）；2—Calceola sandalina（草履拖鞋珊瑚，D_1-2）；3—Bothrolepis（沟鳞鱼D_2-3）；4—Disphyllum（分珊瑚，D）；5—Stringocephalus（鸮头贝，D₂）；6—Manticoceras（尖棱菊石，D₃）；7—Cyrtospirifer（弓石燕，D₃）；8—Glossopteris（舌羊齿，C₃—T₁）；9—Cystophrentis（泡沫内沟珊瑚，C₂）；10—Neuropteris giganua（大脉羊齿，C₂）11—Fusulinella（小纺锤 ，C₂）；12—Pseudoschwagerina（假希瓦格 ，C₂）；13—Gigantoproductus（大长身贝，C₁）；14—Gigantopteris（大羽羊齿，P₂）；15—Hayasakaia（早坂珊瑚，P₁）；16—Wentzellophyllum（似文采尔珊瑚，P₁）；17—Neoschwagerina（新希瓦格 ，P₁）；18—Leptodus（蕉叶贝，P₂）；19—Pseudotirolites（假提罗菊石，P₂）

1.腕足类

腕足类在泥盆纪以石燕贝类特别发育，早、中泥盆世以具有展翼状外表和完好的中隆和中槽为特征，如Euryspirifer paradoxus（奇异阔石燕），晚泥盆世则两翼较短，中槽和中隆内有放射线如Cyrtospirifer（弓石燕），除石燕类外，中泥盆世后期的穿孔贝类Stringocephalus（鸮头贝），晚泥盆世的小嘴贝类Yunnanellina（小云南贝）都很重要。扭月贝类及无洞贝类在泥盆纪仍相当繁盛，如Atrypa（无洞贝）。

石炭纪，长身贝类兴起，在浅海壳相地层中极为丰富，成为重要的标准化石。早石炭世后期有Kansuella kansuensis（甘肃甘肃贝），Stratifera striata（细线细线贝），Gigantoproductus giganteus（巨型大长身贝），晚石炭世有Linoproductus（线纹长身贝），Dictyoclostus taiyuanfuensis（太原府网格长身贝）等。

腕足动物在二叠纪时，仍占重要位置，与石炭纪相似，以长身贝类、石燕贝类及扭月贝类为主。其中尤以长身贝类最为繁盛，属种最多。主要代表有：Plicatifera minor（小型轮皱贝），Dictyoclostus gratiosus（优美网格长身贝），Dictyoclostus yangtzeensis（扬子网格长身贝），属于石燕类的有Cryptospirifer（隐石燕）等。此时扭月贝类出现了一些特化类型，如Leptodus（蕉叶贝，）、Oldhamina（俄哈姆贝，）等。

2.珊瑚

珊瑚在晚古生代期间极度繁盛，尤其是四射珊瑚出现了3期发展高潮。泥盆纪是四射珊瑚发展的第一高潮期，表现在属种繁多，构造多样，以泡沫型和双带型四射珊瑚为主，特别是中泥盆世晚期和晚泥盆世早期更为繁盛，常形成珊瑚礁，主要代表有Calceola（拖鞋珊瑚）、Phillipsastraea（费氏星珊瑚，）和Hexagonaria（六方珊瑚）。

四射珊瑚一进入石炭纪，即大量分化为各种繁杂的类型，特别是在早石炭世四射珊瑚的繁盛达到顶点，可称为三带型阶段。早石炭世双带型的单体有Cystophrentis（泡沫内沟珊瑚）、Pseudouralinia（假乌拉珊瑚）、Kueichouphyllum（贵州珊瑚）。而最突出的是在早石炭世后期出现具有中轴或中轴的三带型四射珊瑚，其中单体的如Yuanophyllum（袁氏珊瑚），复体有Thysanophyllum（泡沫柱珊瑚）、Lonsdaleia（朗士德珊瑚）等。床板珊瑚中有Syringopora（笛管珊瑚），Michelinia（米氏珊瑚）以及Chaetetes（刺毛珊瑚）等。

珊瑚在早二叠世再度繁盛，形成古生代最后一次造礁期，构成礁体的主要为复体三带型四射珊瑚，主要代表有 Wentzellophyllum（似文采尔珊瑚）、Polythecalis（多壁珊瑚）、Waagenophyllum（瓦岗珊瑚）、Wentzelella（文采尔珊瑚）；至晚二叠世，四射珊瑚和床板珊瑚大量减少。常见的有 Liangshanophyllum（梁山珊瑚）、Lophophyllidium（顶柱珊瑚）等。

3. 类

类在早石炭世晚期已开始出现，而获得很大发展是始于早石炭世末期，至二叠纪，经历了明显而迅速的演化，且遍布于世界各地，因而 类化石是海相石炭系和二叠系很好的分带化石和对比的主要依据。

早石炭世后期出现的原始 类可以Eostaffella（始史塔夫 ）为代表。 一般都是比较小。旋壁三层式（内、外疏松层十致密层）或四层式（内、外疏松层十致密层十透明层）、旋脊发育，隔壁平直或轻微褶皱。如Pseudostaffella（假史塔夫 ），Fusulinella（小纺锤 ）。晚石炭世则出现形体较大的 ，旋壁开始出现蜂巢层，隔壁褶皱趋于强烈、旋脊渐形退缩，如Triticites（麦粒 ）等。

早二叠世 类演化迅速、种属也多，一般为蜂巢层式旋壁，且个体较大，并出现具副隔壁、拟旋脊的类型。如Verbeekina（费伯克 ），Neoschwagerina（新希瓦格 ）等。至晚二叠世 类减少，面临绝灭，这—时期的 类有 Codonofusiella（喇叭 ），Palaeofusulina（纺锤 ）等少量属种。

4.头足类

菊石类在晚古生代也相当繁盛，其中以具棱菊石型缝合线的棱菊石类尤为重要，形成泥盆纪至早二叠世世界性标准化石和地层的分阶化石。早泥盆世的 Anetoceras（松旋菊石），晚泥盆世的Manticoceras（尖棱菊石）。

石炭纪的棱菊石类在我国常见的有Gastrioceras（腹棱角石）。二叠纪的头足类以棱菊石类与齿菊石类共生为特征，如Pseudohalorites（假海乐菊石，P₁）等。

蜂房为什么是六角形

蜂是宇宙间最令人敬佩的建筑专家.它们凭著上帝所赐的天赋本能,采用「经济原理」——用最少材料(蜂蜡),建造最大的空间(蜂房)——来造蜜蜂的家. 正六角形的建筑结构,密合度最高、所需材料最简、可使用空间最大,其致密的结构,各方受力大小均等,且容易将受力分散,所能承受的冲击也比其他结构大. 蜂窝--自然界最经济有效的建筑 达尔文赞叹蜜蜂的巢房是自然界最令人惊讶的神奇建筑.巢房是由一个个正六角形的中空柱撞房室,背对背对称排列组成.六角形房室之间相互平行,每一间房室的距离都相等. 每一个巢房的建筑,都是以中间为基础向两侧水平展开,从其房室底部至开口处有13°的仰角,是为了避免存蜜的流出.另一侧的房室底部与这一面的底部又相互接合,由三个全等的菱形组成.此外,巢房的每间房室的六面隔墙宽度完全相同,两墙之间所夹成的角度正好是120度,形成一个完美的几何图形.人们总是疑问,蜜蜂巢室为什麼不呈三角形、正方形或其他形状呢?隔墙为什麽呈平面,而不是呈曲面呢? 其实,早在西元前180年,古希腊数学家Zenodorus证明出： (1).周长固定的n边形,以正n边形的面积最大.而且n越大,面积越大. (2).周长固定时,圆面积大於所有正多边形. 古埃及人也早就知道,唯有正三角形、正方形、正六边形,能各自铺成一平面. 1712年瑞士数学家Samuel Konig 在博物学家Reaumur的请托下,证明出：给订正六角柱,底部由三个全等菱形组成,最省材料的做法是,菱形两邻角分别是109°26’ 和70°34’,如此在固定容积下,可有最小表面积.而蜜蜂巢室底部的菱形两邻角分别是109°28’ 和70°32’,和Samuel Konig的理论证明结果仅差2’而已. 最近(1999年9月)加拿大『环球邮报』科学记者德服林撰文报导说：「经过1600年努力, 数学家终於证明蜜蜂是世界上工作效率最高的建筑者.美国数学家 黑尔 宣称,他已解决“蜂窝猜想”.四世纪古希腊数学家贝波司提出,蜂窝的优美形状,是自然界最有效经济的建筑代表.他猜想,人们所见到的、截面呈六边形的蜂窝,是蜜蜂采用最少量的蜂蜡建造成的.他的这一猜想称为“蜂窝猜想”,但这一猜想直至1999年才由 黑尔 证明. 虽然蜂窝是一个立体建筑,但每一个蜂巢都是六面柱体,而蜂蜡墙的总面积仅与蜂巢的截面有关.由此引出一个数学问题,即「寻找面积最大、周长最小的平面图形」.西元1943年,匈牙利数学家陶斯巧妙地证明,在所有首尾相连的正多边形中,正多边形的周长是最小的.但如果多边形的边是曲线时,会发生什麽情况呢?陶斯认为,正六边形与其他任何形状的图形相比,它的周长最小,但他不能证明这一点.而黑尔在考虑了周边是曲线时,无论是曲线向外突,还是向内凹,都证明了由许多 正六边形组成的图形周长最小. 最杰出的建筑师——蜜蜂 蜜蜂的蜂巢造型奇特,结构巧妙,可谓巧夺天工,很早就引起了科学家们的浓厚兴趣. 蜜蜂为自己造「房子」,它们是世上最杰出的建筑师. 蜂巢结构 蜂巢的基本结构,是由一个个正六角形单房、房口全朝下或朝向一边、背对背对称排列组合而成的建筑物.每一房室大小统一、上下左右距离相等；蜂房直径约0.5公分,房房紧密相连,整齐有序,彷佛经过精心设计. 当气候炎热、蜂巢内温度高升时,工蜂会在蜂巢入口的地方,鼓动翅膀搧风,使巢内的空气流通,因而变为凉爽. 由於蜂蜡色白、质地柔软；因此,建造成的蜂巢,是呈半透明乳白色；经风乾后,逐渐变黄变硬. 据估计,工蜂分泌1公斤的蜂蜡,需要消耗16公斤的花蜜；而采集1公斤的花蜜,蜜蜂们必须飞行32万公里才得以完成；相当於绕行地球8圈的距离.因此,蜂蜡对蜜蜂而言,是宝贝珍贵的. 科学家们研究发现,正六角形的建筑结构,密合度最高、所需材料最简、可使用空间最大.因此,可容纳数量高达上万只的蜜蜂居住. 这种正六角形的蜂巢结构,展现出惊人的数学才华,令许多建筑师们自叹不如、佩服有加! 蜜蜂是宇宙间最令人敬佩的建筑专家.它们凭著上帝所赐的天赋本能,采用「经济原理」——用最少材料(蜂蜡),建造最大的空间(蜂房)——来造蜜蜂的家. 当代著名生物学家达尔文(Darwin, 1809-1882)(文献)说：「如果一个人在观赏精密细致的蜂巢后,而不知加以赞扬,那人一定是个糊涂虫.」 古希腊数学家帕普斯(Pappus of Alexandria, 300~350BC)对蜂巢精巧奇妙的结构,作了细微的观察与研究.他在《数学汇编》(Mathematical Collection) 著作中写道：「蜂巢到处是等边、等角的正多边形图案,非常匀称规则.」 蜜蜂凭著上帝赋予它的智慧,选择了角数最多的正六边形.用等量的原料,使蜂巢具有最大的容积,因此能容纳更大数目的蜂蜜. 换言之,蜂巢不仅精巧神奇,而且十分符合现实需要,是一种最经济的空间架构. 蜜蜂建造的蜂巢,真是令人赞叹的天然建筑物.早在18世纪初,法国天文学家马拉尔地(Maraldi)(文献)亲自动手测量了许多蜂巢,发现每个蜂巢的孔洞和底部都是正六稜柱状. 如果将整个蜂巢底部分为三个菱形截面,则每个锐角和每个钝角的角度相等(锐角约为72°、钝角约为l09°). 更令人惊奇的是,蜜蜂为了防止存蜜外流,每一个蜂巢的建筑,都是从中间向两侧水平展开；每个蜂房从内室底部到开口处,都呈现13 o的仰角. 历史上,蜜蜂的智慧也引起了著名天文学家克普勒(Kepler) (文献)指出：「这种充满空间对称蜂巢的角,应该和菱形十二面体的角一样.每个正六稜柱状蜂巢的底,都是由三个全等的菱形拼成的,而且每个菱形的钝角都等於109o28’,锐角都等於70o32’.」 十八世纪初,法国科学家雷安姆氏(Rene de Reaumur, 1683-1757)（文献）猜测：「用这样的角度建造起来的蜂巢,一定是相同容积中最省材料的建构法.」 蜂巢的六角形是最致密的结构,各方受力大小均等,且容易将受力分散. 美国B-2隐形轰炸机的机体元件,多采用三明治结构,即在两块高强度薄板间,胶合密度甚低的蜂巢层,使机体强度增高、质量减轻. 发动机的喷嘴是深置於机翼之内,呈蜂巢状,使雷达波只能进、不能出. 铅笔中的石墨是由碳原子,排成六角形蜂巢状的薄片组成.如果重新组合这些碳原子,就可以变成钻石. 无论是大至「蜂巢战舰」(Hive frigate）或小至「蜂巢式行动电话」(Cellular mobile phone),其灵感无不来自於蜂巢之结构. 智慧的王所罗门的箴言：「智慧在街市上呼喊,在宽阔处发声.」(箴1:20) 所罗门的智慧是前无古人、后无来者的智慧,他的智慧是向 神祈求而得,是 神乐意赏赐的. 道成肉身的耶稣基督,他是比所罗门更有智慧的主.他曾在人类的历史中行走了三十三年半,他是「最杰出的智慧工蜂」其智慧的来源；因为,耶稣基督就是 神的智慧. 「敬畏耶和华,是智慧的开端；认识至圣者,便是聪明.」(箴9:10) 「智慧人积存知识；愚妄人的口速致败坏.」(箴10:14) 如果,世上最杰出的建筑师——蜜蜂的生命是 神创造的杰作；万物之灵、拥有上帝形像样式的人,岂不更应该认识这位宇宙万物智慧源头——上帝,他是创造主,是独一的真神.