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新疆準噶爾盆地中新世早期獬豸盤角鹿化石極大促進對長頸鹿長脖子演化的認識


新疆準噶爾盆地中新世早期獬豸盤角鹿化石極大促進對長頸鹿長脖子演化的認識


長頸鹿類雄性斗爭的對比,前景為獬豸盤角鹿,遠景為長頸鹿 (王宇、郭肖聰復原)

新疆準噶爾盆地中新世早期獬豸盤角鹿化石極大促進對長頸鹿長脖子演化的認識


獬豸盤角鹿高速撞擊有限元模擬 , A為具有復雜的頭頸關節時的碰撞摸擬,碰撞很穩定;B為移除復雜的頭頸關節時的碰撞摸擬,頸部發生折斷

新疆準噶爾盆地中新世早期獬豸盤角鹿化石極大促進對長頸鹿長脖子演化的認識


準噶爾盆地1700萬年前的動物群,正中間為獬豸盤角鹿(郭肖聰復原)
()據中國科學院古脊椎動物與古人類研究所:長頸鹿的脖子如何變長 , 這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的分歧,但脖子伸長的動力是吃到高處的樹葉,拉馬克和達爾文都沒有懷疑 。 
隨著對長頸鹿行為觀察的加深,科學家才認識到,長頸鹿優雅的長脖子居然是雄性間為求偶競爭的武器,它們揮動2~3米長的脖子 , 用厚重的,帶有小角和骨質瘤的頭骨,打擊競爭對手的薄弱部分,就如同古代的武士 , 揮起流星錘遠程攻擊對手 。脖子越長,對對手的傷害就越強烈 。溫文爾雅的長頸鹿事實上是一些兇狠的斗士,這種殘暴的求偶斗爭常常能造成對手的重傷甚至死亡 。研究發現,長頸鹿雄性的頸部大小與社會等級直接相關,求偶競爭才是長脖子演化的驅動力的新觀點沖擊了原有的認識 。 
2022年6月3日 , 以中國科學院古脊椎動物與古人類研究所王世騏研究員、鄧濤研究員和孟津客座研究員為通訊作者,王世騏為第一作者的國際團隊在Science雜志發表了題為"Sexual selection promotes giraffoid head-neck evolution and ecological adaptation"的研究論文,研究了一種奇異的早期長頸鹿——獬豸盤角鹿(Discokeryx xiezhi),極大促進了對長頸鹿的長脖子演化的認識 , 并對求偶斗爭和取食壓力兩種因素進行了深度的結合 。化石發現于新疆準噶爾盆地北緣中新世早期約1700萬年前的地層中,包括一個帶有四節頸椎的完整腦顱 。獬豸盤角鹿具有很多哺乳動物中獨一無二的特征,包括頭頂正中發育一個圓盤狀的大角,恰似中國古代神話傳說中的獨角麒麟——獬豸,而它的每一節頸椎都非常粗壯,并且具有哺乳動物中最復雜的頭頸之間與頸椎之間的關節 。研究團隊利用有限元方法,在古生物研究中首次采用高速的動力學模擬方法,證實獬豸盤角鹿的頭骨和頸椎的復雜結構特別適應于高速的頭對頭撞擊,對頭骨和腦部的保護遠優于麝牛等適應頭部撞擊的現生動物 , 也可能是有史以來最適應頭部撞擊的脊椎動物 , 成為生物演化史上的一大奇觀 。 
貝葉斯和最簡約系統發育分析均顯示,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 。研究團對比了反芻類幾大類群,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它幾大類群,并且形態往往偏向極端,這說明,長頸鹿類求偶斗爭比其它反芻類更加高強度而且多樣化 。長頸鹿和盤角鹿都是極端的打斗者,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 。 
研究團隊進一步分析了獬豸盤角鹿的生態環境和它所占據的生態位 。當時地球正處于一個溫暖時期,總體上來說森林密布,但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,使得這一帶比其它地區要干旱一些 。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 , 草原環境是瘠薄的 , 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 。 
到了現生長頸鹿出現之初,也遭遇過類似的環境 。約在700萬年前的時候,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 。本來身體比較高大的長頸鹿,可能在這個時期發展出來了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,使得在200萬年的時間內長頸鹿的頸部迅速加長,成為現生的長頸鹿屬(Giraffa),從而有效占領了取食高處樹葉這樣一個相對邊緣化,但回報還是頗豐的生態位 。長頸鹿與其它物種競爭較少,不必與斑馬羚羊等動物比賽啃食那些難以消化的草本植物 。 
由此可見,長頸鹿類的生態地位要比牛科鹿科等更加邊緣化,這種演化初始的生態定位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 。用今天習慣的用語可以說 , 是選擇大于努力,還是努力大于選擇?這足以引起我們對物種演化方向、策略以及結果的更深層次的思考 。該項成果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,極大地促進了我們對長頸鹿脖子演化細節的認識,豐富了進化生物學這一旗幟性迷題的內涵 。 
此項研究得到中國科學院先導科技專項、第二次青藏高原綜合科學考察研究和國家自然科學基金委員會等基金的資助 。(_原題為:奇異的化石揭示長頸鹿演化謎題的關鍵驅動力)
論文鏈接:https://www.science.org/doi/10.1126/science.abl8316
相關報道:求食?求偶?化石顯示,長頸鹿脖子變長竟源自極端“內卷”……
()據文匯報(許琦敏):長頸鹿的脖子如何變長?對于這個進化生物學的旗幟性論題,曾有兩種主要觀點:一種認為是為了吃到高處的樹葉,而另一種認為是長頸鹿雄性之間求偶競爭的結果 。
2022年6月3日,以中國科學院古脊椎動物與古人類研究所王世騏研究員、鄧濤研究員和孟津客座研究員為通訊作者,王世騏為第一作者的國際團隊在《科學》雜志發表論文,研究了一種奇異的早期長頸鹿——獬豸盤角鹿(Discokeryx xiezhi),極大促進了對長頸鹿的長脖子演化的認識,并對求偶斗爭和取食壓力兩種因素進行了深度的結合 。
脖子變長,求食?求偶?
自拉馬克和達爾文時代,長頸鹿的脖子便成為生物進化研究的焦點——用進廢退論和自然選擇論 。這兩種理論都認為,長頸鹿脖子伸長的動力是為了吃到高處的樹葉 。
隨著對長頸鹿行為觀察的加深,科學家才認識到,長頸鹿優雅的長脖子居然是雄性間為求偶競爭的武器 。
溫文爾雅的長頸鹿事實上是一些兇狠的斗士,這種殘暴的求偶斗爭常常能造成對手的重傷甚至死亡 。它們揮動2~3米長的脖子,用厚重的、帶有小角和骨質瘤的頭骨,打擊競爭對手的薄弱部分,就如同古代的武士揮起流星錘,遠程攻擊對手脖子越長,對對手的傷害就越強烈 。
研究發現 , 長頸鹿雄性的頸部大小與社會等級直接相關,求偶競爭才是長脖子演化的驅動力的新觀點沖擊了原有的認識 。
奇觀!頸椎超適應“高速撞擊”
此次論文中研究的化石,發現于新疆準噶爾盆地北緣中新世早期約1700萬年前的地層中,包括一個帶有四節頸椎的完整腦顱 。
獬豸盤角鹿具有很多哺乳動物中獨一無二的特征,包括頭頂正中發育一個圓盤狀的大角,恰似中國古代神話傳說中的獨角麒麟——獬豸 。
獬豸盤角鹿的每一節頸椎都非常粗壯,并且具有哺乳動物中最復雜的頭頸之間與頸椎之間的關節 。
研究團隊利用有限元方法,在古生物研究中首次采用高速的動力學模擬方法,證實獬豸盤角鹿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,也可能是有史以來最適應頭部撞擊的脊椎動物,成為生物演化史上的一大奇觀 。
科學家分析發現,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 。
研究團對比了反芻類幾大類群,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它幾大類群,并且形態往往偏向極端 。這說明,長頸鹿類求偶斗爭比其它反芻類更加高強度而且多樣化 。
“長頸鹿和盤角鹿都是極端的打斗者 , 雄性為了爭奪雌性的芳心 , 不惜發展出一些極端的武器 。”王世騏解釋 , 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 。
極端“內卷”造就極端形態
研究團隊進一步分析了獬豸盤角鹿的生態環境和它所占據的生態位 。
1700萬年前 , 地球正處于一個溫暖時期,總體上來說森林密布 。但在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,使得這一帶比其它地區要干旱一些 。
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,草原環境是瘠薄的,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 。
現生長頸鹿出現之初,也遭遇過類似的環境 。約在700萬年前的時候,東非高原也由森林環境轉變為開闊的草原,遠古長頸鹿不得不適應新的變化 。本來身體比較高大的長頸鹿,可能在這個時期發展出來了利用甩動脖子和頭部攻擊競爭對手的方式 。在性選擇的加持下,使得在200萬年的時間內長頸鹿的頸部迅速加長,成為現生的長頸鹿屬(Giraffa),從而有效占領了取食高處樹葉這樣一個相對邊緣化,但回報還是頗豐的生態位 。
由此可見,長頸鹿類的生態地位要比牛科鹿科等更加邊緣化,這種演化初始的生態定位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 。
該項成果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 , 極大地促進了我們對長頸鹿脖子演化細節的認識,豐富了進化生物學這一旗幟性迷題的內涵 。
相關報道:奇異化石揭示長頸鹿“長脖子演化謎題”的關鍵驅動力
()據新華社北京6月3日電(采訪人員金地、張泉):長頸鹿為何演化出長脖子?這是進化生物學的旗幟性論題 。最近,通過對一種約1700萬年前的早期長頸鹿——獬豸盤角鹿進行研究,科學家揭示了長頸鹿“長脖子演化謎題”的關鍵驅動力 。相關成果3日發表在國際權威期刊《科學》上 。
文章第一作者、中科院古脊椎動物與古人類研究所研究員王世騏介紹,此次研究的盤角鹿化石發現于新疆準噶爾盆地北緣 , 包括一個帶有4節頸椎的完整腦顱 。研究發現 , 它的每節頸椎都非常粗壯,并且具有哺乳動物中最復雜的頭頸與頸椎之間的關節 。這種結構特別適應于高速的頭對頭撞擊,表明盤角鹿很可能有著激烈的打斗行為 。
“當時盤角鹿所生活的開闊草原相對貧瘠,不如森林環境舒適,由此帶來的生存壓力可能促進了種內的極端求偶競爭 。”王世騏說,適于沖撞的頭頸是盤角鹿求偶的“武器”,而長頸鹿在求偶時,也會揮動長脖子,用厚重的、帶有小角和骨質瘤的頭骨打擊競爭對手 。這兩者的譜系相近、演化環境背景相似、演化策略相同 。對盤角鹿的研究支持了此前有學者認為長頸鹿長脖子的形成由雄性間的求偶競爭推動的觀點 。
在此基礎上,此次研究將學界在長頸鹿演化中的兩種觀點——演化動力來自取食壓力和來自求偶競爭進行了統一 。“長頸鹿類的生態位要比牛科、鹿科等更加邊緣化 , 這種邊緣化的生態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 。”王世騏說 。
可以推測這樣的情況:約在700萬年前,東非高原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漸消失,促使它們必須適應新的變化 。本來身體比較高大的長頸鹿,可能在這個時期發展出了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,在200萬年的時間內長頸鹿的頸部迅速加長,成為現生的長頸鹿屬 , 從而有效占領了取食高處樹葉這樣一個相對邊緣化、但回報頗豐的生態位 。
相關報道:“長脖子”家族,找女朋友比生存壓力更大!
()據中國科學報(胡珉琦):長頸鹿的脖子為什么那么長?這既是孩子十萬個為什么里的經典問題,也是演化生物學史上的一個旗幟性論題 。
人們普遍相信,長脖子與獲取高處食物有關 。但部分科學家卻始終抱有另一種猜想:長脖子是為了找“女朋友” 。只不過,他們一直苦于證據不足 。
6月3日,《科學》發表了一項由中國科學院古脊椎動物與古人類研究所(以下簡稱“古脊椎所”)主導的研究,以全新的發現沖擊了這一問題原有的答案 。
這個故事還得從一頭來自新疆準噶爾盆地的“怪獸”說起 。
“怪獸!怪獸!”
1996年,新疆烏倫古河流域富蘊縣與福海縣交界處的一個小山梁上 , 響起了古脊椎所客座研究員孟津的陣陣驚呼聲 。
“怪獸!怪獸!”
和他一同在那里進行古生物科考的古脊椎所研究員葉捷和吳文裕聞訊從正在測量的化石坡面往上爬 。一見到那具化石時,他們也怔愣住了 。
這是一件大型反芻動物的腦顱化石,腦顱骨壁異常厚實 。最為奇特的是 , 其腦袋頂上長著一個巨大的圓盤,完全覆蓋了頭頂,就像一頂帽子 。可他們從未見過這樣的“角” 。
不僅如此,研究人員進一步觀察發現,它的頸椎異常粗壯,具有非常復雜的頭頸和頸間關節 。在之后的考察中 , 研究人員在同期地層中陸續發現了幾十件同類標本 。他們傾向于認為這是為了適應劇烈碰撞行為而產生的結構,因此推測,“怪獸”也許和牛科動物比較接近 。
此后20多年,古脊椎所許多研究人員都見過這些標本 , 卻始終沒人能鑒定距今1700萬年的“怪獸”的分類學屬性 。
直到2015年,葉捷把寶貝似的捂在手里的化石交給了年輕的王世騏 , “怪獸”的身世之謎才最終被揭開 。
借助高分辨率的CT掃描和三維重建技術,古脊椎所研究員、論文一作王世騏抓住了內耳這個重要結構 。
近年來,他與來自歐洲的研究團隊合作,獲取了大量牛科、鹿科、麝科和長頸鹿科動物化石的內耳結構信息 , 發現這一結構是有明確的系統發育意義的 。因此,內耳的形態在反芻動物的分類中可以起到關鍵的判別作用 。
“我們發現,‘怪獸’的內耳與之前認為的最有可能的牛科截然不同,與鹿科、麝科等也不同,反而與現生的長頸鹿在關鍵特征上是一致的 。” 王世騏說 。
這一發現讓研究團隊豁然開朗 。過去,在牛科、鹿科和叉角羚科中 , 從來沒有過從頂骨中心生長的獨角,但長頸鹿的角卻可以長在那里 。甚至在化石長頸鹿中 , 曾有一種非洲早中新世發現的原利比亞獸,就是在頂骨中心生長出了一個掌狀的大角,與“怪獸”已經很接近 。
研究團隊終于確定 , “怪獸”就是早期長頸鹿類群,并將其命名為獬豸盤角鹿 。
史上最適合碰撞的動物
獬豸盤角鹿在腦顱之后聯接著四節異常粗大的頸椎,頸椎與頭骨之間,除了正常的轉動功能,還發育了一個異常增大的限位關節,其后的各頸椎之間也多少發育了附加的限位關節 。這樣的結構讓王世騏不禁聯想到 , 獬豸盤角鹿可能具有非常激烈的頭對頭的碰撞行為 。
這時,有著生物力學研究背景的他充分發了自己優勢 。研究團隊利用有限元力學模擬證實了,這些結構特征對于維持碰撞中的穩定性是不可或缺的 , 對避免頸部折斷十分必要 。
“我們對比發現 , 盤角鹿在頭對頭碰撞中的力學性能比麝牛、盤羊這些現生動物還要強 , 他很可能是生物演化史上最適合碰撞的動物 。”這一奇觀讓王世騏興奮異常 。
除了盤角鹿 , 研究團隊還把視野擴展到了整個長頸鹿家族 。根據各種化石長頸鹿的記錄 , 他們梳理發現,家族成員們的角長得五花八門,多樣化程度遠高于現生牛科和鹿科動物 。
“角的不同形態代表了雄性不同的打斗方式,長頸鹿類多樣化的角的形態,則反應出它們在演化中產生了非常多樣的雄性打斗方式 。”他告訴《中國科學報》 。
動物間的碰撞是一種極端的雄性間求偶競爭行為,在哺乳動物的演化中,這種激烈斗爭無外乎是為了獲得雌性的青睞 。他解釋,無論是異常粗壯的頸椎和非常復雜的頭頸關節 , 還是多樣性化的角的形態 , 長頸鹿家族演化出的這些極端的斗爭武器,都是為了使雄性能夠贏得交配權的競爭,從而使它們的基因得以流傳 。
研究到了這一階段,也進入了最激動人心的部分 。
眾所周知,現生雄性長頸鹿在求偶斗爭中,會甩動長脖子,用頭部打擊對手,如同使用流星錘的武士,頸部越長,打擊對手就越有效 。會不會從一開始,長頸鹿演化出長脖子的形態 , 就是求偶競爭的結果?
先食后性,還是先性后食
長頸鹿是非洲稀樹草原的旗艦物種,它脖子的總長度可達2.5 米,在動物界獨樹一幟 。長頸鹿究竟如何演化出了超長的頸部,早在拉馬克和達爾文時期 , 學者們就對此爭執不下 。
古脊椎所研究員、通訊作者之一的鄧濤介紹 , 拉馬克認為,長頸鹿是為了努力獲取高處的食物,所以脖子才會變長,這是“用進廢退”理論 。達爾文則是用“自然選擇”來解釋 。長頸鹿的后代中偶然出現了長脖子成員,它們因為能獲取更多的食物,而在生存競爭中留下來了更多的后代 , 也使得這種基因得以長久遺傳 。
兩種理論雖然對長脖子的演化過程和驅動力的解釋不同,但有一點卻是相同的 , 那就是都與取食行為密切相關 。
直到1996年,國外學者Robert Simmons和Lue Scheepers發表了一項重要成果 。鄧濤介紹,他們觀察發現 , 長頸鹿取食的高度并不是很高,往往不超過2米,如果僅僅為了取食,似乎沒有必要長出這么長的脖子 。
不僅如此 , 與雌性不同 , 雄性長頸鹿的頭頸部重量隨年齡始終在增長,而且,雄性的頸部大小還與社會等級直接相關 。作者認為,這就是一種強烈的指向 , 長頸鹿如此特殊的頭頸形態其實是和雌性的選擇有關 。這種演化動力也就是達爾文所說的“性選擇” 。
那么 , 長頸鹿長脖子演化的動力究竟是食還是性?更準確地說,是先食后性,還是先性后食?“在沒有化石證據的年代,這一問題并沒有確切結論,且自然選擇一直占據上風 。”鄧濤表示 。
獬豸盤角鹿的發現對演化生物學界是個巨大的驚喜,它和其他化石長頸鹿一起從實證層面解釋了,為了求偶而長出極端的斗爭武器,很可能是刻在長頸鹿家族基因里的 。
最終,研究團隊講述了這樣一個故事:早期的長頸鹿本來就身體比較高大,由于性選擇的加持,發展出來了利用甩動脖子和頭部攻擊競爭對手的方式,使得頸部迅速變長,而這也讓它們占領了取食高處樹葉這樣一個相對邊緣化,但回報頗豐的生態位 。這種生態定位決定了它們的演化道路會更加艱難,導致種內的求偶競爭加劇,而極端求偶競爭又進一步促進了極端的形態演化 , 并使得它們可以在自然歷史的滾滾長河之中歷經艱辛,生存至今……
這個故事雖然不盡完美,但它成功說服了學界同行 。審稿人在其審稿意見中表示,這是一項全面且十分令人印象深刻的研究,會引起多個不同領域的科學家和普通公眾的興趣 。它用大量的技術手段 , 確保最準確地描述新的分類單元 。基于化石證據和充分的論證,表明一種新的長頸鹿物種對其戰斗模式表現出了獨特的形態適應能力,并把這種形態武器與性選擇聯系在一起 。在某種程度上,這項研究可能成為未來長頸鹿類研究的關鍵 。
相關報道:長頸鹿脖子為什么這么長?中國科學家最新《科學》揭曉全新答案
()據藥明康德:超過2米長的頸部構成了長頸鹿最突出的特征,也讓它們成為今天地球上最高大的動物 。那么,這個全世界獨一無二的脖子是怎么演出而來的?今天 , 在一項發表于《科學》雜志的研究中,中國科學院古脊椎動物與古人類研究所(IVPP)的研究團隊從一種奇特的長頸鹿祖先中,發現了長頸鹿頸部演化的全新證據 。研究指出,雄性的求偶競爭是長頸鹿頸部演化的重要驅動力 。
對于這個問題 , 最著名的論戰來自拉馬克與達爾文 。我們知道,拉馬克曾提出了“用進廢退”和“獲得性遺傳”的假說:根據前者 , 長頸鹿進食樹木頂端的葉片 , 需要不斷使用脖子,因此頸部變得更長;而根據后者,這些新的性狀有可能遺傳給后代,使得長脖子成為普遍性狀 。
達爾文則根據適應性演化的觀點反駁道 , 長頸鹿的長脖子是自然選擇的結果:在非洲大草原的林地中,擁有更長頸部的長頸鹿能攝取樹木頂端的葉片,因此在生存競爭中更具優勢 , 這樣的性狀也更有可能遺傳下來 。
達爾文為長脖子的來源提供了完整的解釋,但這個問題并沒有蓋棺定論 。此后,也有科學家提出了其他的觀點:長脖子其實是雄性長頸鹿求偶競爭的武器,有助于爭取交配權 。
根據這個假說,雄性長頸鹿在求偶競爭時,會用它們長有骨質角的頭骨重重地砸向對手脖子的薄弱部位 。在這個過程中,長脖子的擺動就如同是流星錘的鐵鏈 , 可以讓頭部的撞擊擁有更大的動能 。簡單來說,脖子越長,對對手造成的傷害就越大 。
求偶競爭的假說雖然有趣,但如何驗證這個假說,成為一項巨大的挑戰 。在最新論文中,研究團隊從一個早期長頸鹿物種身上找到了關鍵線索 。
鄧濤研究員團隊研究的,是一個首次發現的奇特物種:Discokeryx xiezhi 。D.xiezhi與現今的長頸鹿同屬于長頸鹿總科 。這枚化石出土于新疆準噶爾盆地北緣,生活在距今約1700萬年 。保存完好的頭骨和4節頸椎,使得科學家可以借助骨骼的比較解剖學 , 研究這一性狀的起源 。
D.xiezhi擁有一系列獨特的特征,尤其是頭部中間的圓盤狀骨質角,仿佛是在頭上長了一枚頭盔 。這個物種也得名于此:獬豸(xiezhi)是中國古代神話中的獨角生物 。
這個物種的頸椎非常粗壯,而且其頭部與頸部之間的關節連接是哺乳動物中最復雜的 。研究團隊對骨骼化石的研究表明 , 這種復雜的關節特別適合高速撞擊,甚至比今天需要頻繁進行頭部撞擊的動物(例如麝牛)更有效 。綜合骨質角與關節特征,作者認為,D.xiezhi可能是歷史上最適合頭部撞擊的脊椎動物 。
是什么原因造成了這個物種的激烈競爭?研究團隊發現環境在其中起到了關鍵作用 。
在D.xiezhi生存的1700萬年前,地球非常溫暖,因此森林整體十分茂密 。但當時青藏高原已經隆起,阻擋了印度洋的水汽向北方輸送,因此D.xiezhi所處的地區較為干燥 。
這一點也得到了同位素研究的證實 。穩定同位素可以幫助我們推測出動物當時的食物類型 。對D.xiezhi牙釉質的同位素分析顯示,它們生活在開闊的草原上 。相比于食物充足的森林環境,草原更加貧瘠,因此D.xiezhi面臨著更大的生存壓力 。這可能解釋了它們激烈的求偶競爭 。
進一步的研究指出,D.xiezhi所面臨的情況,同樣發生在其他長頸鹿物種的演化歷程中 。
研究團隊比較了長頸鹿科與其他幾種反芻動物(包括牛、羊、鹿和叉角羚)的骨質角的形態,結果發現長頸鹿骨質角的多樣性遠超其他動物,并且呈現出多種不同的極端形態,這反映了長頸鹿中更加激烈的求偶競爭 。這種激烈的求偶競爭,很可能也讓長脖子這個優勢性狀,逐漸成為現今長頸鹿的“標配” 。
對于現今長頸鹿的演化來說,這種激烈競爭的驅動力,同樣是巨大的環境壓力 。大約700萬年前,作為現今長頸鹿的直系祖先,長頸鹿屬出現沒多久時,也經歷了類似的環境 。東非高原從森林環境轉變為草原,長頸鹿的直系祖先不得不適應這樣的環境變化 。在此期間,它們演化出通過擺動頸部、頭部攻擊對手的方式 。正是這種由性選擇導致的激烈競爭,使得長頸鹿的頸部在隨后的200萬年間不斷變長 。
可以說 , D.xiezhi和今天的長頸鹿相比,盡管形態差異巨大,但卻有著奇妙的共同點:兩者都是雄性為了求偶競爭,朝著不同的極端方向演化的典型案例 。
這項研究向我們展示了,早期長頸鹿的演化很可能比之前認為的更為復雜:求偶競爭對長脖子的塑造起到重要作用 。對食物的競爭與求偶競爭 , 哪個才是長頸鹿頸部演化的主要驅動力?這一次,達爾文的解釋還能站得住腳嗎?我們期待答案最終揭曉的那一天 。