为什么长颈鹿的脖子那么长?

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若是要问长颈鹿的长脖子事实是为了食仍是为了性?王世骐最新研究给出了如许的谜底:食可能是一个成果,性可能是到达那个成果的路子。重要的是,每一个物种,必需要在生态情况中找到本身的位置,才有可能在充满挑战的世界中存活下去。

准噶尔盆地1700万年前的动物群,正中间为獬豸盘角鹿(郭肖聪复原)

长颈鹿虽与其它哺乳动物同样仅具有7节颈椎,但每节均匀长度超越30厘米,总长度可达2.5米,而与之体重附近的偶蹄类如水牛,颈椎长度仅5厘米摆布,即便是长颈鹿独一现生近亲——中非丛林里的㺢㹢狓,每节颈椎的均匀长度也仅10多厘米。

长颈鹿的脖子若何变长是进化生物学的旗号性论题,自拉马克和达尔文时代便成为研究的焦点,用进废退论和天然选择论都在那文雅的长脖子上生发演绎而来。固然两位泰斗对长颈鹿脖子伸长过程的认识有较大不合,但脖子伸长的动力是吃到高处树叶的取食需求,两人都没有思疑。

除取食需求外,其他相关因素也遭到越来越多存眷和研究。跟着对长颈鹿行为察看的加深,科学家进一步认识到,长颈鹿文雅的长脖子仍是雄性间求偶合作的兵器,脖子越长,对敌手的危险就越强烈。

1996年,开普敦大学的罗伯特·西蒙斯(Robert Simmons)和纳米比亚埃托沙情况研究所的卢·西伯斯(Lue Scheepers)颁发学术论文称,长颈鹿的长脖子在取食方面的优势其实不显著,相反,长脖子出格有利于雄性长颈鹿在求偶合作中获得优势。他们认为,求偶合作才是长颈鹿长颈的第一驱动力。

那一概念颁发后引发学界普遍争论,撑持或反对者寡,学界尤其等待古生物界能供给重要的化石证据,来撑持或否认求偶合作驱动长颈鹿演化的论断。

长颈鹿科其他化石种的颈椎长度,在比例上其实不比现生的㺢㹢狓更长。出格是长颈鹿科中的支流西瓦兽类,它们不单没有长颈,而本身演化得粗壮如牛,颈部反而相对更短而不是更长。在重生代十分完美的化石记录中,目前找不到长颈鹿颈部伸长的中间形态的证据,似乎长颈鹿的长颈是短时间内突然产生。

与此同时,研究者也逐步意识到,长颈鹿科的化石中,头和角的外形的多样性远远超越品种更多的鹿科和牛科。长颈鹿科头骨上装备有如斯多样化的角,其事实意味着什么也引发学界的存眷与思虑。

也恰是在1996年,求偶合作驱动长颈鹿长颈演化概念颁发的统一年,中科院古脊椎所团队在新疆乌伦古河流域的茫茫沙漠之中,一处约1700万年前地层中发现奥秘化石。

那是一件大型反刍动物的脑颅化石,脑颅骨壁异常厚实,头顶上长有一个完全笼盖头顶的庞大圆盘,在脑颅之后还毗连着四节异常粗大的颈椎,此中第一颈椎的外形尤为奇异,颈椎与头骨之间,除了一般的动弹功用,还发育一个异常增大的限位关节,其后的各颈椎之间也几发育有附加的限位关节。因无法确认该化石分类,研究者不断称其为怪兽。

之后的野外考察中,中科院古脊椎所团队在乌伦古河流域的同期地层中,又陆陆续续发现完好水平纷歧的几十件怪兽同类标本,因为它头骨和颈椎的特殊关节,研究者认为那是一种对碰碰行为极端适应的动物,进而认为其或许与某些在求偶合作中有碰碰求偶行为的现生动物(如麝牛等)有关,但在那一共识之外,怪兽化石研究不断没有本色性的停顿。

2015年起头,王世骐率领团队研究攻坚那些怪兽化石标本,在古生物研究中初次接纳高速的动力学模仿办法,证明怪兽的头骨和颈椎的复杂构造出格适应于高速的头仇家碰击,有效性远高于麝牛等适应头部碰击的现生动物,也可能是生物演化史上最适应头部碰击的脊椎动物。

随后,王世骐团队通过对怪兽内耳构造的高分辩率计算机断层扫描(CT)和三维重建发现,怪兽内耳与之前认为的最有可能的牛科判然不同,也差别于鹿科、麝科等,反而与现生的长颈鹿在关键特征上一致,并得到具有大量数据积累的欧洲合做团队确实认。

怪兽属于长颈鹿类那一初步成果让我们名顿开:角的特征早已表示了其长颈鹿类的属性,它具有从顶骨中心生长的独角,那在牛科、鹿科和叉角羚科中都历来没有过,唯独长颈鹿和西瓦兽的角长在顶骨上,长颈鹿在额骨的中间还有一个独角。

跟着大量怪兽牙齿化石也被发现,从另一个角度证明它是一种齿冠较高的长颈鹿。在此根底上,王世骐团队将怪兽正式定名为獬豸盘角鹿,此中,獬豸是中国古代的神兽,在头顶上有一个独角,它被认为是麒麟的一种,而从明代以来,长颈鹿传入中国,人们就将其称为麒麟;盘角,则是指它的标记性特征——圆盘状的大角。

系统发育阐发显示,现生长颈鹿与獬豸盘角鹿均属于长颈鹿超科,它们头骨和颈部的形态不同很大,但都与雄性的求偶斗争相关,并且都向极端的标的目的演化。

獬豸盘角鹿高速碰击有限元模仿A为具有复杂的头颈关节时的碰碰模仿,碰碰很不变;B为移除复杂的头颈关节时的碰碰模仿,颈部发作折断。

王世骐团队通过比照反刍类几大类群,包罗长颈鹿类、牛类、鹿类、叉角羚类的角的形态,发现长颈鹿类角的多样性远高于其他几大类群,而且形态往往偏向极端,那申明长颈鹿类求偶斗争比其他反刍类愈加高强度并且多样化。

同时,长颈鹿和盘角鹿都是极端的斗殴者,它们的雄性为了争夺雌性的芳心,不吝开展出一些极端的兵器,极端的行为在性选择的加持下,促生了进化史上各类长颈鹿极端的头颈部的形态学演化。

进一步阐发獬豸盘角鹿的生态情况和它所占据的生态位发现,其时地球正处于一个温暖期间,总体上来说丛林密布,但獬豸盘角鹿保存的新疆地域,因为南边青藏高原正猛烈隆升,阻挠了水汽的传输,使得那一带比其他地域要干旱一些。牙釉量不变同位素表白,獬豸盘角鹿生活在开阔的草原之中,而且可能随季节迁移。关于其时的动物来说,贫瘠的草原情况不如丛林情况温馨,獬豸盘角鹿的剧烈斗殴行为,可能与保存情况带来的压力相关。

长颈鹿类雄性斗争的比照前景为獬豸盘角鹿,远景为长颈鹿 (王宇、郭肖聪复原)

到现生长颈鹿呈现之初,也遭遇过类似獬豸盘角鹿的情况:约700万年前,东非高原也由丛林情况改变为开阔的草原,远古长颈鹿赖以保存的情况逐渐消逝,促使它们必需适应新的变革。现生长颈鹿属500万年前呈现时,原来身体比力高峻的长颈鹿,可能在那个期间开展出操纵甩动脖子和头部攻击合作敌手的体例,通过那种极端的斗争体例,在性选择的加持下,使得长颈鹿的颈部在200万年时间内敏捷加长,成为现生长颈鹿属,从而有效占领取食高处树叶如许一个相对边沿化但回报颇丰的生态位。

獬豸盘角鹿化石的发现,为揭开长颈鹿长脖子的演化之谜供给了重要化石证据。长颈鹿科的化石中,头颈部和角的外形的多样性十分高。长颈鹿的长颈配小角,与獬豸盘角鹿的粗壮颈部配盘状角,不外是此中两个极端的例子,而那两种形态都与雄性求偶中的斗殴体例相关:长颈鹿和盘角鹿都是极端的斗殴者,它们的极端行为在性选择的加持下,促生出长颈鹿中极端的形态学演化。

回忆整个长颈鹿的演化汗青,在演化之初,长颈鹿类的生态地位就要比牛科鹿科等愈加边沿化,那似乎预先决定了它们的演化道路:边沿化的生态定位促进了种内的极端求偶合作,而极端求偶合作又促进了极端的形态学演化。那足以引起学界对物种演化标的目的、战略以及成果的更深条理思虑。

通过研究獬豸盘角鹿那个与长颈鹿谱系附近、演化情况布景类似、演化战略不异的物种,极大促进了我们对长颈鹿脖子演化细节的认识,固然长颈鹿长颈演化仍存在许多不克不及完全领会的细节,但獬豸盘角鹿化石的研究则为获取那一段秘事翻开全新的窗口。