长颈鹿为啥脖子长?找“老婆”比填“肚子”用处更大
2022-06-08 09:54:05 来源: 中国科学报
长颈鹿的脖子为什么那么长?这既是孩子“十万个为什么”里的经典问题,也是演化生物学史上的一个旗帜性论题。
人们普遍相信,长脖子与获取高处食物有关。但部分科学家却始终抱有另一种猜想:长脖子是为了找“老婆”。只不过,他们一直苦于证据不足。
近日,《科学》发表了一项由中国科学院古脊椎动物与古人类研究所(以下简称古脊椎所)主导的研究,以全新的发现冲击了这一问题原有的答案。
这个故事还得从一头来自新疆准噶尔盆地的“怪兽”说起。
“怪兽!怪兽!”
1996年,新疆乌伦古河流域富蕴县与福海县交界处的一个小山梁上,响起了古脊椎所客座研究员孟津的阵阵惊呼声。
和他一同在那里进行古生物科考的古脊椎所研究员叶捷和吴文裕闻讯从正在测量的化石坡面往上爬。一见到那具化石时,他们也愣住了。
这是一件大型反刍动物的脑颅化石,脑颅骨壁异常厚实。最为奇特的是,其脑袋顶上长着一个巨大的圆盘,完全覆盖了头顶,就像一顶帽子。之前,他们从未见过这样的“角”。
不仅如此,研究人员进一步观察发现,它的颈椎异常粗壮,具有非常复杂的头颈和颈间关节。在之后的考察中,研究人员在同期地层中陆续发现了几十件同类标本。他们倾向于这是为了适应剧烈碰撞行为而产生的结构,因此推测“怪兽”也许和牛科动物比较接近。
此后20多年,古脊椎所许多研究人员都见过这些标本,却始终没人能鉴定距今1700万年的“怪兽”的分类学属性。
直到2015年,叶捷把捂在手里的宝贝似的化石交给了年轻的王世骐,“怪兽”的身世之谜才最终被揭开。
借助高分辨率的CT扫描和三维重建技术,古脊椎所研究员、论文第一作者王世骐抓住了内耳这个重要结构。
近年来,他与来自欧洲的研究团队合作,获取了大量牛科、鹿科、麝科和长颈鹿科动物化石的内耳结构信息,发现这一结构是有明确的系统发育意义的。因此,内耳的形态在反刍动物的分类中可以起到关键的判别作用。
“我们发现,‘怪兽’的内耳与之前认为的最有可能的牛科截然不同,与鹿科、麝科等也不同,反而与现生的长颈鹿在关键特征上是一致的。”王世骐说。
这一发现让研究团队豁然开朗。过去,在牛科、鹿科和叉角羚科中,从来没有过从顶骨中心生长的独角,但长颈鹿的角却可以长在那里。甚至在化石长颈鹿中,曾有一种非洲早中新世发现的原利比亚兽,就是在顶骨中心生长出了一个掌状的大角,与“怪兽”已经很接近。
研究团队终于确定,“怪兽”就是早期长颈鹿类群,并将其命名为獬豸盘角鹿。
史上最适合碰撞的动物
獬豸盘角鹿在脑颅之后联接着四节异常粗大的颈椎,颈椎与头骨之间,除了正常的转动功能,还发育了一个异常增大的限位关节,其后的各颈椎之间也发育了一些附加的限位关节。这样的结构让王世骐不禁联想到,獬豸盘角鹿可能具有非常激烈的头对头的碰撞行为。
这时,有着生物力学研究背景的他充分发挥自己的优势。研究团队利用有限元力学模拟证实了这些结构特征对于维持碰撞中的稳定性不可或缺,对避免颈部折断十分必要。
“我们对比发现,盘角鹿在头对头碰撞中的力学性能比麝牛、盘羊这些现生动物还要强,它很可能是生物演化史上最适合碰撞的动物。”这一奇观让王世骐兴奋异常。
除了盘角鹿,研究团队还把视野扩展到了整个长颈鹿家族。根据各种长颈鹿化石的记录,他们梳理发现,家族成员们的角长得五花八门,多样化程度远高于现生牛科和鹿科动物。
“角的不同形态代表了雄性不同的打斗方式,长颈鹿类多样化的角的形态,则反映出它们在演化中产生了非常多样的雄性打斗方式。”王世骐告诉《中国科学报》。
动物间的碰撞是一种极端的雄性间求偶竞争行为,在哺乳动物的演化中,这种激烈斗争无外乎是为了获得雌性的青睐。他解释,无论是异常粗壮的颈椎和非常复杂的头颈关节,还是多样化的角的形态,长颈鹿家族演化出的这些极端的斗争武器,都是为了使雄性能够赢得交配权,从而使它们的基因得以留传。
研究到这一阶段,也进入了最激动人心的部分。众所周知,现生雄性长颈鹿在求偶斗争中会甩动长脖子,用头部打击对手,如同使用流星锤的武士,颈部越长,打击对手就越有效。会不会从一开始,长颈鹿演化出长脖子的形态就是求偶竞争的结果?
先食后性,还是先性后食
长颈鹿是非洲稀树草原的旗舰物种,其脖子总长度可达2.5米,在动物界独树一帜。长颈鹿究竟如何演化出超长的颈部,早在拉马克和达尔文时期,学者们就对此争执不下。
古脊椎所研究员、通讯作者之一邓涛介绍,拉马克认为,长颈鹿是为了努力获取高处的食物,所以脖子才会变长,这是“用进废退”理论。达尔文则是用“自然选择”来解释。长颈鹿的后代中偶然出现了长脖子成员,它们因为能获取更多的食物,而在生存竞争中留下了更多后代,也使得这种基因得以长久遗传。
两种理论虽然对长脖子的演化过程和驱动力的解释不同,但有一点却是相同的,那就是都与取食行为密切相关。
直到1996年,国外学者Robert Simmons和Lue Scheepers发表了一项重要成果。邓涛介绍,他们观察发现,长颈鹿取食的高度并不是很高,往往不超过2米,如果仅仅为了取食,似乎没有必要长出这么长的脖子。
不仅如此,与雌性不同,雄性长颈鹿的头颈部重量随年龄始终在增长,而且,雄性的颈部大小还与社会等级直接相关。作者认为,这就是一种强烈的指向,长颈鹿如此特殊的头颈形态其实是和雌性的选择有关。这种演化动力也就是达尔文所说的“性选择”。
那么,长颈鹿长脖子演化的动力究竟是食还是性?更准确地说,是先食后性,还是先性后食?“在没有化石证据的年代,这一问题并没有确切结论,且自然选择一直占据上风。”邓涛表示。
獬豸盘角鹿的发现对演化生物学界是个巨大的惊喜。它和其他化石长颈鹿从实证层面作出解释——为了求偶而长出极端的斗争武器,很可能是刻在长颈鹿家族基因里的。
最终,研究团队讲述了这样一个故事:早期的长颈鹿本来身体就比较高大,由于性选择的加持,发展出利用甩动脖子和头部攻击竞争对手的方式,使得颈部迅速变长,而这也让它们占领了取食高处树叶这样一个相对边缘化但回报颇丰的生态位。这种生态定位决定了它们的演化道路更加艰难,导致种内的求偶竞争加剧,而极端求偶竞争又进一步促进了极端的形态演化,并使得它们在自然历史的滚滚长河之中历经艰辛,生存至今……
这个故事虽然不尽完美,但它成功说服了学界同行。审稿人在其审稿意见中表示,这是一项全面且令人印象深刻的研究,会引起多个不同领域的科学家和普通公众的兴趣。它用大量的技术手段,确保最准确地描述新的分类单元。基于化石证据和充分的论证,表明一种新的长颈鹿物种对其战斗模式表现出了独特的形态适应能力,并把这种形态武器与性选择联系在一起。在某种程度上,这项研究可能成为未来长颈鹿类研究的关键。
记者 胡珉琦
标签: 形态演化
为您推荐
精彩放送
热门文章
-
政府补贴锐减、毛利率下滑,熊猫乳品“难熬”的日子还有多长?
-
每日财报|盛新锂能预计上半年净利增长超8倍
-
快狗打车预计6月23日挂牌 58到家持有50.51%股权
-
外资连续7天买买买 合计净买入总额达451.07亿元
-
A股再现“回购增持”潮 恒力石化实施回购金额20亿位居首位
-
红利指数逆势上扬,今年成为资金避风港
-
年内14家公司IPO被否 中健康桥IPO二次上会被否
-
恒力石化首次入选“2022全球最具价值25大化学品牌”榜单
-
这一次,人保财险又凭高管被调查出圈
-
每日财报|比亚迪首次回购4.33亿 福莱特拟投资60亿元
-
明星基金经理跳槽后,大摩华鑫债基规模下降百亿,还有产品清算
-
恒力石化荣登A股现金分红榜 位居民营化工上市公司第一
精彩图片
-
迄今最具破坏力小行星将掠过地球 飞行速度比高速飞行子弹快20倍
-
全球变暖影响人们睡眠时间 每年平均失去44小时睡眠时长
-
“下一代奇迹材料”石墨炔首创成功 填补碳材料科学空白
-
早期动物五亿多年前已形成复杂生态群落 为寒武纪大爆发奠定基础
-
西藏察隅发现中国最高树 高达83.2米胸径207厘米
-
揭示月背月壤粗细规律!月球表面年龄与月壤内部非均匀性呈正相关
-
长期暴露于野火中的居住人群 脑瘤发病率提高10%
-
研究发现:海草底部蔗糖浓度约比记录高80倍
-
4月苍穹精彩纷呈 群星“成团出道”
-
科学家发现新方法 提高鹿角珊瑚种植成功率
-
湖南首创数字贸易综合服务平台 1.2万家企业入驻
-
研究:每周吃5次或更少的肉与较低的总体癌症风险相关
热文
-
上海最早开设的华资银行是什么?中国通商银行是谁创办的?
-
科创板交易规则是什么?科创板和创业板的区别有哪些?
-
财政政策包括哪些?财政政策和货币政策的区别是什么?
-
2019年中国GDP990865亿元 2022年中美gdp预计是多少?
-
破净股是什么意思?破净股是好还是坏值得买吗?
-
从零到一构建新渠道,良品铺子与平台共创快手电商3.0时代
-
SW-LIMS平台助力煤化工生产企业煤质数据分析
-
备战高考,为梦而战!永和豆浆营养添助力!
-
山西五寨:现代化特色农业引领乡村振兴
-
SW-RDMS助力CDMO机构项目管理合规高效
-
中国饲料企业前30强名单出炉!年销量超140万吨才能上榜!
-
官方密集收储托市意向明显,“猪行情”或更难以准确预测
-
冻猪肉流拍率高达75%,透露出什么信号?猪价后市还有上涨预期!
-
金新农5月销售简报:卖猪11.68万头,销售收入合计1.3亿元!
-
全国29个监测省份仔猪价格上涨,均价32.37元/公斤
-
全国地级及以上城市PM2.5平均浓度7年下降34.8%
-
大健康风口下,利德治疗仪以实力赢得业界口碑
-
红利指数逆势上扬,今年成为资金避风港
-
同期业绩增幅超900%,领骏科技近日再获数千万元大单
-
轻超核寿命多长? 中外学者给出最精确结果
-
超大质量双黑洞并合 3年后人类或将有幸“目睹”
-
大块头恒星“进食” 也需要吸积盘作为“餐盘”
-
这些小众的脉冲星可能有大作用
-
蝾螈也会“玩跳伞”
-
重庆将变成怎样的"海绵城市"? 江滩河畔成亲水天堂
-
澳门石排湾卫生中心启用 贺一诚主持揭幕仪式
-
62部作品亮相第八届两岸大学生影像联展
-
南京社保卡新增文旅"一卡通"功能 可在36家文旅场所刷卡入园
-
云南一小学“生活化教育”点亮孩童梦想
-
06月07日猪评:屠企竞争白热化,或将支撑猪价大幅上涨!
-
仔猪价格疯涨!生猪价格呈横盘走势!新一轮猪周期遥遥无期!
-
深挖二姐张歆艺都在用的植美馥予多重胜肽丰盈紧致日抛精华液的成分核心
-
5G全连接工厂生产轮胎,有啥不一样?
-
为“太空出差”提供核心技术支撑
-
深圳20大先进制造业园区空间布局规划出炉
-
兰州新区深化绿色金融合作
-
雄安新区发布细则用人单位新招用新区三县户籍人员将获补贴
-
大湾区加速建设全球贸易数字化领航区-地方新闻-中国经济导报
-
青岛高新区:科创引擎驱动高质量发展
-
今日猪市评析:猪价上涨!多地下发通知:养猪就给补贴?养猪补贴潮已经确定!
-
屠宰企业竞争白热化,四川不再批准年屠宰15万头以下屠宰项目
-
南猪北调又开始了!北方大猪相对南方偏紧?两广猪价明显走弱
-
猪周期何时会来?猪周期还会不会来?
-
行业竞争加剧!光证资管近年成绩不佳 多数产品年内收益为负
-
A股分拆子公司上市频现 和而泰子公司铖昌科技深交所主板挂牌
-
上市金融科技公司“开门红” 信也科技表现最突出
-
3家龙头券商被采取监管措施 均因场外期权业务违规
-
29家券商获得基金托管资格 监管层向券商发放速度明显加快
-
上交所新增低碳转型等债券 全方位助力绿色发展
-
年内14家公司IPO被否 中健康桥IPO二次上会被否