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长颈鹿脖子为什么这么长?中国科学家最新《科学》揭晓全新答案

时间:2022-06-05 点击:1677

核心提示:超过2米长的颈部构成了长颈鹿最突出的特征,也让它们成为今天地球上最高大的动物。那么,这个全世界独一无二的脖子是怎么演出而来的?今天,在一项发表于《科学》杂志的研究中...

超过2米长的颈部构成了长颈鹿最突出的特征,也让它们成为今天地球上最高大的动物。那么,这个全世界独一无二的脖子是怎么演出而来的?

今天,在一项发表于《科学》杂志的研究中,中国科学院古脊椎动物与古人类研究所(IVPP)的研究团队从一种奇特的长颈鹿祖先中,发现了长颈鹿颈部演化的全新证据。研究指出,雄性的求偶竞争是长颈鹿颈部演化的重要驱动力。

对于这个问题,最著名的论战来自拉马克与达尔文。我们知道,拉马克曾提出了“用进废退”和“获得性遗传”的假说:根据前者,长颈鹿进食树木顶端的叶片,需要不断使用脖子,因此颈部变得更长;而根据后者,这些新的性状有可能遗传给后代,使得长脖子成为普遍性状。

达尔文则根据适应性演化的观点反驳道,长颈鹿的长脖子是自然选择的结果:在非洲大草原的林地中,拥有更长颈部的长颈鹿能摄取树木顶端的叶片,因此在生存竞争中更具优势,这样的性状也更有可能遗传下来。

达尔文为长脖子的来源提供了完整的解释,但这个问题并没有盖棺定论。此后,也有科学家提出了其他的观点:长脖子其实是雄性长颈鹿求偶竞争的武器,有助于争取交配权。

根据这个假说,雄性长颈鹿在求偶竞争时,会用它们长有骨质角的头骨重重地砸向对手脖子的薄弱部位。在这个过程中,长脖子的摆动就如同是流星锤的铁链,可以让头部的撞击拥有更大的动能。简单来说,脖子越长,对对手造成的伤害就越大。

求偶竞争的假说虽然有趣,但如何验证这个假说,成为一项巨大的挑战。在最新论文中,研究团队从一个早期长颈鹿物种身上找到了关键线索。

邓涛研究员团队研究的,是一个首次发现的奇特物种:Discokeryx xiezhi。D。 xiezhi与现今的长颈鹿同属于长颈鹿总科。这枚化石出土于新疆准噶尔盆地北缘,生活在距今约1700万年。保存完好的头骨和4节颈椎,使得科学家可以借助骨骼的比较解剖学,研究这一性状的起源。

D。 xiezhi拥有一系列独特的特征,尤其是头部中间的圆盘状骨质角,仿佛是在头上长了一枚头盔。这个物种也得名于此:獬豸(xiezhi)是中国古代神话中的独角生物。

这个物种的颈椎非常粗壮,而且其头部与颈部之间的关节连接是哺乳动物中最复杂的。研究团队对骨骼化石的研究表明,这种复杂的关节特别适合高速撞击,甚至比今天需要频繁进行头部撞击的动物(例如麝牛)更有效。综合骨质角与关节特征,作者认为,D。 xiezhi可能是历史上最适合头部撞击的脊椎动物。

是什么原因造成了这个物种的激烈竞争?研究团队发现环境在其中起到了关键作用。

在D。 xiezhi生存的1700万年前,地球非常温暖,因此森林整体十分茂密。但当时青藏高原已经隆起,阻挡了印度洋的水汽向北方输送,因此D。 xiezhi所处的地区较为干燥。

这一点也得到了同位素研究的证实。稳定同位素可以帮助我们推测出动物当时的食物类型。对D。 xiezhi牙釉质的同位素分析显示,它们生活在开阔的草原上。相比于食物充足的森林环境,草原更加贫瘠,因此D。 xiezhi面临着更大的生存压力。这可能解释了它们激烈的求偶竞争。

进一步的研究指出,D。 xiezhi所面临的情况,同样发生在其他长颈鹿物种的演化历程中。

研究团队比较了长颈鹿科与其他几种反刍动物(包括牛、羊、鹿和叉角羚)的骨质角的形态,结果发现长颈鹿骨质角的多样性远超其他动物,并且呈现出多种不同的极端形态,这反映了长颈鹿中更加激烈的求偶竞争。这种激烈的求偶竞争,很可能也让长脖子这个优势性状,逐渐成为现今长颈鹿的“标配”。

对于现今长颈鹿的演化来说,这种激烈竞争的驱动力,同样是巨大的环境压力。大约700万年前,作为现今长颈鹿的直系祖先,长颈鹿属出现没多久时,也经历了类似的环境。东非高原从森林环境转变为草原,长颈鹿的直系祖先不得不适应这样的环境变化。在此期间,它们演化出通过摆动颈部、头部攻击对手的方式。正是这种由性选择导致的激烈竞争,使得长颈鹿的颈部在随后的200万年间不断变长。

可以说,D。 xiezhi和今天的长颈鹿相比,尽管形态差异巨大,但却有着奇妙的共同点:两者都是雄性为了求偶竞争,朝着不同的极端方向演化的典型案例。

这项研究向我们展示了,早期长颈鹿的演化很可能比之前认为的更为复杂:求偶竞争对长脖子的塑造起到重要作用。对食物的竞争与求偶竞争,哪个才是长颈鹿颈部演化的主要驱动力?这一次,达尔文的解释还能站得住脚吗?我们期待答案最终揭晓的那一天。

参考资料:

[1] Shi-Qi Wang et al。, Sexual selection promotes giraffoid head-neck evolution and ecological adaptation。 Science(2022)。 DOI: 10.1126/science.abl8316 

[2] Strange fossil solves giraffe evolutionary mystery。 Retrieved June 2nd, 2022 from https://www.eurekalert.org/news-releases/954340

本文来自药明康德内容微信团队

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