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中國科學家揭秘一只“特立獨行”的象
2018-05-18 15:46:29 來源: 新華社客戶端
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  嵌齒象生態復原圖。 郭肖聰繪 中科院雙古所供圖

  新華社昆明5月18日電(記者屈婷 許萬虎)一顆巨大的古象臼齒化石,讓中國科學家得出驚人結論:這頭1600萬年前的古象,可能是迄今發現的世界上最早的草食性象類。在當時已經逐漸幹旱化的新疆準噶爾盆地,象類迎來命運的分野:食草者贏!

  這枚約18厘米長臼齒的主人,是一頭施泰因海姆嵌齒象——當時地球上的近二十種嵌齒象之一。科學家普遍認為,嵌齒象屬是現生象類的直係祖先。

  哪一種嵌齒象最終進化出了現代象?答案可能就藏在象類非凡的牙齒上。它們的臼齒齒冠很高,由許多排列得非常密集的釉質齒板構成。這種結構使得象的臼齒如同巨大、耐磨損的磨盤,可以充分、有效地加工堅硬的草類。

  因此,一個有趣的問題擺在研究者面前:象類是先進化出適合吃草的牙齒,還是先選擇草作為它們的食物?研究者之一、中國科學院古脊椎動物與古人類研究所研究員王世騏説,這個問題在生物進化中“普遍存在”。對于大象來説,化石研究給出的答案是:先有了食草的行為,再有了食草的牙齒。

  嵌齒象的臼齒化石 中科院雙古所供圖

  此前,一項對東非地區象類化石的研究推斷出,距今1000萬年左右,象類可能已普遍取食草類,但它們食草牙齒的出現要等到500萬年後。

  中國科學家這項最新的研究,將象類吃草時間上限提高到了1600萬年前。這頭施泰因海姆嵌齒象的齒冠很低,磨盤狀的臼齒完全沒有成形,但它居然是一個純粹的食草動物。

  讓施泰因海姆嵌齒象的“食譜”曝光的是一些微小的牙結石。中國科學院古脊椎動物與古人類研究所副研究員吳妍在顯微鏡下發現了牙結石中有植硅體的存在。植硅體廣泛存在于各種類型的植物之中,是一種含水非晶態二氧化硅顆粒,形態穩定,容易保存。科學家可以從其形態推斷出它們來自哪一種植物。

  吳妍説,在這頭古象的臼齒牙結石中,所有的植硅體竟然都是來自草類。“因此,施泰因海姆嵌齒象是一個嚴格的食草者,這一結果也與穩定同位素的方法及牙微磨痕方法得到的結論一致。”

  花粉也提供了佐證。中國科學院古脊椎動物與古人類研究所副研究員周新郢分析地層中的花粉數據,發現當時新疆準噶爾盆地植被以草原為主,並逐漸出現幹旱化趨勢。

  “這或許成為施泰因海姆嵌齒象以草為食的先決條件。”吳妍説。

  化石牙結石取樣 中科院雙古所供圖

  有時,生命的進化是一場“貓捉老鼠”的遊戲。為了活下去,禾本科植物比樹葉更難讓植食動物下咽,造成植食動物的牙齒過度磨損;另一方面,植食動物也進化出了更有效的牙齒,以處理被植硅體“武裝”得日益堅硬的草本植物。

  可以想象,沒有臼齒去吃草,是一個相當痛苦的過程,施泰因海姆嵌齒象卻是一位“特立獨行”者。與此同時,準噶爾盆地的生態空間中還存在它的“近親”——間型嵌齒象。後者的牙結石中也發現了植硅體的存在,但這些植硅體大部分屬于嫩枝、嫩葉等非草類植物,屬于草類植物的只佔一小部分。

  中國科學院古脊椎動物與古人類研究所的研究者們還通過復雜的計算,建立了17種嵌齒象與後來現代象的係統演化關係。結果不出意料地證明:施泰因海姆嵌齒象正是嵌齒象中與現代象在係統發育上最接近的種類。換句話説,它進化出了今天人們所看到的各種象類。

  這意味著,在地球最初的草原生態出現的時候,施泰因海姆嵌齒象積極擴展自身的生存空間,選擇以不太舒適的草類為食,它的臼齒形態也逐步發生了改變,最終可以完全適應以草為食,從而得以延續至今。

  另一方面,在晚中新世大范圍的幹旱環境到來之時,間型嵌齒象無可奈何地走向了滅絕。“坎坷的進化路上,食性的選擇可能起到了關鍵的作用。”吳妍説。

  施泰因海姆嵌齒象的故事也説出了進化論的復雜性——推動生物螺旋式進化的,會不會也包括物種有意識的選擇?王世騏説,兩種嵌齒象的命運為動物行為演化引領形態演化的新思路提供了“絕佳佐證”。

  這只勇于突破的大象為自己贏得了“遠大前程”:象群成為新生代晚期非常繁榮的種類,在冰河期的北方大草原上,猛犸象的身影一度成為那個嚴酷時代的象徵,它們的故事今天還在延續。

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【糾錯】 責任編輯: 雷東瑞
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