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                                                    東西問 | 王世騏:長頸鹿的脖子為什么那么長?

                                                    國際新聞來源:環球網 2022-06-05 13:10:42 A-A+ 二維碼
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                                                      (東西問)王世騏:長頸鹿的脖子為什么那么長?

                                                      中新社北京6月3日電 題:王世騏:長頸鹿的脖子為什么那么長?

                                                      中新社記者 孫自法

                                                      在非洲大草原上和很多動物園里,長頸鹿總是以其長長的脖子引人矚目。長頸鹿的脖子為什么那么長?長脖子是如何演化出來的?這一公眾比較好奇的話題長期以來備受學界關注。

                                                      由中國科學院古脊椎動物與古人類研究所王世騏研究員、鄧濤研究員和該所客座研究員、美國自然歷史博物館哺乳動物部主任孟津領導的國際合作團隊,最新通過對發現于中國新疆、約1700萬年前一種奇異的早期長頸鹿“獬豸盤角鹿”化石展開持續深入研究,并對長頸鹿求偶斗爭和取食壓力兩種因素進行深度結合,確認求偶競爭是長頸鹿長脖子演化的直接驅動力。

                                                      這一通過化石證據極大促進對長頸鹿長脖子演化認知的重要研究論文,北京時間6月3日在國際著名學術期刊《科學》上線發表。發表前夕,論文第一作者和共同通訊作者、中科院古脊椎所古哺乳動物研究室主任王世騏研究員接受中新社“東西問”獨家專訪,解讀研究成果,科普長頸鹿長脖子演化的“前世今生”。

                                                      現將訪談實錄摘要如下:

                                                      中新社記者:普通人大多只關注到長頸鹿奇特頸部造型,它和包括人在內的哺乳動物頸部在骨骼結構上有何異同?其長脖子演化在學界有哪些觀點?

                                                      王世騏:長頸鹿雖與其它哺乳動物同樣僅具有7節頸椎,但每節平均長度超過30厘米,總長度可達2.5米,而與之體重相近的偶蹄類如水牛,頸椎長度僅5厘米左右,即使是長頸鹿唯一現生近親——中非森林里的㺢㹢r?,每節頸椎的平均長度也僅10多厘米。

                                                      長頸鹿的脖子如何變長是進化生物學的旗幟性論題,自拉馬克和達爾文時代便成為研究的焦點,“用進廢退論”和“自然選擇論”都在這優雅的長脖子上生發演繹而來。雖然兩位泰斗對長頸鹿脖子伸長過程的認識有較大分歧,但脖子伸長的動力是吃到高處樹葉的取食需求,兩人都沒有懷疑。

                                                      除取食需求外,其他相關因素也受到越來越多關注和研究。隨著對長頸鹿行為觀察的加深,科學家進一步認識到,長頸鹿優雅的長脖子還是雄性間求偶競爭的武器,脖子越長,對對手的傷害就越強烈。

                                                    2020年5月,廣州動物園的長頸鹿與游人。中新社記者 陳楚紅 攝

                                                      1996年,開普敦大學的羅伯特·西蒙斯(Robert Simmons)和納米比亞埃托沙環境研究所的盧·西伯斯(Lue Scheepers)發表學術論文稱,長頸鹿的長脖子在取食方面的優勢并不顯著,相反,長脖子特別有利于雄性長頸鹿在求偶競爭中獲得優勢。他們認為,求偶競爭才是長頸鹿長頸的第一驅動力。

                                                      這一觀點發表后引發學界廣泛爭論,支持或反對者眾,學界尤其期待古生物界能提供重要的化石證據,來支持或否定“求偶競爭”驅動長頸鹿演化的論斷。

                                                      中新社記者:長頸鹿化石發現及研究狀況怎樣?新疆獬豸盤角鹿化石是如何被發現命名的?怎么研究出它與長頸鹿之間的關系?

                                                      王世騏:化石證據這項工作并不容易,長頸鹿具有很多形形色色的化石親屬,但第一個也是迄今唯一具有長頸的屬就是長頸鹿屬本身,其化石記錄不早于500萬年前的上新世。長頸鹿科其他化石種的頸椎長度,在比例上并不比現生的㺢㹢r癰?。特別是長頸鹿科中的主流西瓦獸類,它們不但沒有長頸,而自身演化得粗壯如牛,頸部反而相對更短而不是更長。在新生代非常完善的化石記錄中,目前找不到長頸鹿頸部伸長的中間狀態的證據,似乎長頸鹿的長頸是短時間內突然產生。

                                                      與此同時,研究者也逐漸意識到,長頸鹿科的化石中,頭和角的形狀的多樣性遠遠超過種類更多的鹿科和???。長頸鹿科頭骨上配備有如此多樣化的角,其究竟意味著什么也引發學界的關注與思考。

                                                      也正是在1996年,求偶競爭驅動長頸鹿長頸演化觀點發表的同一年,中科院古脊椎所團隊在新疆烏倫古河流域的茫茫戈壁之中,一處約1700萬年前地層中發現神秘化石。

                                                      這是一件大型反芻動物的腦顱化石,腦顱骨壁異?:袷?,頭頂上長有一個完全覆蓋頭頂的巨大圓盤,在腦顱之后還連接著四節異常粗大的頸椎,其中第一頸椎的形狀尤為奇特,頸椎與頭骨之間,除了正常的轉動功能,還發育一個異常增大的限位關節,其后的各頸椎之間也多少發育有附加的限位關節。因無法確認該化石分類,研究者一直稱其為“怪獸”。

                                                    王世騏研究員在新疆戈壁灘進行野外科學考察的工作場景。受訪者 供圖

                                                      之后的野外考察中,中科院古脊椎所團隊在烏倫古河流域的同期地層中,又陸陸續續發現完整程度不一的幾十件“怪獸”同類標本,由于它頭骨和頸椎的特殊關節,研究者認為這是一種對碰撞行為極端適應的動物,進而認為其或許與某些在求偶競爭中有碰撞求偶行為的現生動物(如麝牛等)有關,但在這一共識之外,“怪獸”化石研究一直沒有實質性的進展。

                                                      2015年開始,我帶領團隊研究攻堅這些“怪獸”化石標本,在古生物研究中首次采用高速的動力學模擬方法,證實“怪獸”的頭骨和頸椎的復雜結構特別適應于高速的頭對頭撞擊,有效性遠高于麝牛等適應頭部撞擊的現生動物,也可能是生物演化史上最適應頭部撞擊的脊椎動物。

                                                      隨后,我們通過對“怪獸”內耳結構的高分辨率計算機斷層掃描(CT)和三維重建發現,“怪獸”內耳與之前認為的最有可能的??平厝徊煌?,也不同于鹿科、麝科等,反而與現生的長頸鹿在關鍵特征上一致,并得到具有大量數據積累的歐洲合作團隊的確認。

                                                      “怪獸”屬于長頸鹿類這一初步結果讓我們豁然開朗:角的特征早已暗示了其長頸鹿類的屬性,它具有從頂骨中心生長的獨角,這在???、鹿科和叉角羚科中都從來沒有過,唯獨長頸鹿和西瓦獸的角長在頂骨上,長頸鹿在額骨的中間還有一個獨角。

                                                    王世騏研究員在辦公室展示介紹約1700萬年前“獬豸盤角鹿”化石。中新社記者 孫自法 攝

                                                      隨著大量“怪獸”牙齒化石也被發現,從另一個角度證明它是一種齒冠較高的長頸鹿。在此基礎上,我們團隊將“怪獸”正式命名為“獬豸盤角鹿”,其中,獬豸是中國古代的神獸,在頭頂上有一個獨角,它被認為是麒麟的一種,而從明代以來,長頸鹿傳入中國,人們就將其稱為麒麟;盤角,則是指它的標志性特征——圓盤狀的大角。

                                                      中新社記者:獬豸盤角鹿化石研究,除得出其屬于長頸鹿類這一結果外,在長脖子演化方面有哪些重要發現?

                                                      王世騏:系統發育分析顯示,現生長頸鹿與獬豸盤角鹿均屬于長頸鹿超科,它們頭骨和頸部的形態差別很大,但都與雄性的求偶斗爭相關,而且都向極端的方向演化。

                                                      我們團隊通過對比反芻類幾大類群,包括長頸鹿類、牛類、鹿類、叉角羚類的角的形態,發現長頸鹿類角的多樣性遠高于其他幾大類群,并且形態往往偏向極端,這說明長頸鹿類求偶斗爭比其他反芻類更加高強度而且多樣化。

                                                      同時,長頸鹿和盤角鹿都是極端的打斗者,它們的雄性為了爭奪雌性的芳心,不惜發展出一些極端的武器,極端的行為在性選擇的加持下,促生了進化史上各種長頸鹿極端的頭頸部的形態學演化。

                                                    約1700萬年前“獬豸盤角鹿”化石生態復原和現生長頸鹿對比圖。王宇,郭肖聰 繪圖

                                                      進一步分析獬豸盤角鹿的生態環境和它所占據的生態位發現,當時地球正處于一個溫暖時期,總體上來說森林密布,但獬豸盤角鹿生存的新疆地區,由于南邊青藏高原正劇烈隆升,阻擋了水汽的傳輸,使得這一帶比其他地區要干旱一些。牙釉質穩定同位素表明,獬豸盤角鹿生活在開闊的草原之中,并且可能隨季節遷徙。對于當時的動物來說,瘠薄的草原環境不如森林環境舒適,獬豸盤角鹿的激烈打斗行為,可能與生存環境帶來的壓力相關。

                                                      到現生長頸鹿出現之初,也遭遇過類似獬豸盤角鹿的環境:約700萬年前,東非高原也由森林環境轉變為開闊的草原,遠古長頸鹿賴以生存的環境逐步消失,促使它們必須適應新的變化,F生長頸鹿屬500萬年前出現時,本來身體比較高大的長頸鹿,可能在這個時期發展出利用甩動脖子和頭部攻擊競爭對手的方式,通過這種極端的斗爭方式,在性選擇的加持下,使得長頸鹿的頸部在200萬年時間內迅速加長,成為現生長頸鹿屬,從而有效占領取食高處樹葉這樣一個相對邊緣化但回報頗豐的生態位。

                                                      中新社記者:獬豸盤角鹿化石研究論文獲國際頂級期刊發表,這項成果有什么重要意義?

                                                      王世騏:獬豸盤角鹿化石的發現,為揭開長頸鹿長脖子的演化之謎提供了重要化石證據。長頸鹿科的化石中,頭頸部和角的形狀的多樣性非常高。長頸鹿的長頸配小角,與獬豸盤角鹿的粗壯頸部配盤狀角,不過是其中兩個極端的例子,而這兩種形態都與雄性求偶中的打斗方式相關:長頸鹿和盤角鹿都是極端的打斗者,它們的極端行為在性選擇的加持下,促生出長頸鹿中極端的形態學演化。

                                                      回顧整個長頸鹿的演化歷史,在演化之初,長頸鹿類的生態地位就要比??坡箍頻雀穎咴禱?,這似乎預先決定了它們的演化道路:邊緣化的生態定位促進了種內的極端求偶競爭,而極端求偶競爭又促進了極端的形態學演化。這足以引起學界對物種演化方向、策略以及結果的更深層次思考。

                                                      通過研究獬豸盤角鹿這個與長頸鹿譜系相近、演化環境背景相似、演化策略相同的物種,極大促進了我們對長頸鹿脖子演化細節的認識,雖然長頸鹿長頸演化仍存在許多不能完全了解的細節,但獬豸盤角鹿化石的研究則為獲取這一段秘事打開全新的窗口。

                                                      如果要問長頸鹿的長脖子究竟是為了食還是為了性?我們最新研究給出了這樣的答案:食可能是一個結果,性可能是達到這個結果的途徑。重要的是,每一個物種,必須要在生態環境中找到自己的位置,才有可能在充滿挑戰的世界中存活下去。(完)

                                                      受訪者簡介:

                                                    中新社記者 孫自法 攝

                                                      王世騏,青年古生物學家,中國科學院古脊椎動物與古人類研究所古哺乳動物研究室主任、研究員,中國科學院大學博士生導師。主要從事新生代大型哺乳動物的系統演化及東亞地區新生代生物地層學研究,重點研究青藏高原隆升引起亞洲內陸干旱化成為北半球開闊動物群的演化中心這一重大科學問題。已完成重要研究成果包括:發現長頸鹿類頭頸部特異演化(如長脖子演化)的性別競爭驅動力和生態因素;提出早期象類采食方式分化和生態輻射以及采食器官由下頜向長鼻轉移的演化過程;提出青藏高原及中亞內陸是羊亞科動物的演化中心,并找到重要化石證據;提出大型有蹄類的性別異時進化理論。主持過和正在開展中國科學院戰略性先導科技專項子課題、科技部基礎專項子課題、國家自然科學基金重大項目子課題等多項科研項目,已發表專業學術論文近百篇。

                                                    【編輯:房家梁】

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