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长颈鹿起源破解达尔文进化迷思:食还是性?
编辑:青促会   时间:2022-6-1

2022年6月3日在国际顶极学术刊物《科学》(Science)发表了重要成果:“性选择促进长颈鹿类头颈部演化和生态适应”。该成果由中国科学院古脊椎动物与古人类研究所研究员王世骐(第三批会员)、邓涛团队完成,吴妍(第八批会员)也参与了这一重要工作。

该研究报道了一种奇异的早期长颈鹿——獬豸盘角鹿(Discokeryx xiezhi)化石。化石不仅填补了中国地区早期长颈鹿演化的空白,还极大地促进了对长颈鹿的长脖子演化的认识,而长颈鹿长脖子的演化,从拉马克和达尔文时代就被反复论证,是进化生物学的一面旗帜。

獬豸盘角鹿的化石发现于新疆准噶尔盆地北缘中新世早期约1700万年前的地层中,包括一个完整的脑颅带有前四节颈椎,以及其它大量的头骨、牙齿、椎体等材料。它的头上有一个扁平的圆盘状的大角,完全覆盖住了头顶,这种形状的角在动物中绝无仅有,更使人惊奇的是,獬豸盘角鹿颈椎异常粗壮,并具有动物界最复杂的头颈及颈间关节。这些结构使人相信,雄性的獬豸盘角鹿,为了争夺配偶,具有非常激烈的头对头的碰撞行为。

拉马克和达尔文虽然对长颈鹿的颈部伸长的演化过程的解释不同,但他们都不怀疑,长颈鹿的长脖子是为了吃到高处的树叶。但随着对长颈鹿行为的认识加深,人们发现,雄性长颈鹿在争夺配偶的斗争中,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,在种群中的社会地位越高。这一发现冲击了原有对长颈鹿脖子伸长的认识。而獬豸盘角鹿的发现,支持了求偶竞争驱动长颈鹿长脖子演化的观点。在演化历史上,长颈鹿类角的多样性远高于鹿类、牛类、叉角羚类等其它类群,并且形态往往偏向极端,这说明,长颈鹿类求偶斗争比其它反刍类更加高强度而且多样化。在长颈鹿类中,雄性为了争夺雌性的芳心,不惜发展出一些极端的武器,极端的行为在性选择的加持下,促生了进化史上各种长颈鹿极端的头颈部的形态学演化。獬豸盘角鹿的研究为从性选择的角度解释长颈鹿长脖子的演化,提供了全新的视角,也有力地扩充了达尔文用自然选择解释长颈鹿长脖子演化的传统观点。

研究成果似乎更加支持Robert Simmons和Lue Scheepers的观点,即长颈鹿的长颈演化是由其求偶竞争推动的。不过,研究团队对此还有更加深入的思考,至此,最使人好奇的是,长颈鹿类具有各种不同形态的头颈和角,是否意味着它们也具有不同的打斗方式?如果头颈和角的形态多样化是激烈的多样化斗争的标志的话,为什么长颈鹿类比牛科鹿科等类群的求偶竞争更加激烈?为此,研究团队对獬豸盘角鹿和所在动物群的生态适应性通过牙釉质同位素开展了广泛的研究,结果也有些出人意料。獬豸盘角鹿可能生活在比其它动物更加开阔的生态环境之中,利用那些其它动物难以利用的边缘的生态位,并且可能具有随季节迁徙的行为。

在盘角鹿生存的时代,地球正处于一个温暖时期,总体上来说是森林密布的,但盘角鹿生存的新疆地区,由于南边青藏高原正剧烈隆升,阻挡了水汽的传输,使得这一带比其它地区要干旱一些,出现了一些开阔的草原。对于当时的动物来说,草原环境是瘠薄的,不如森林环境舒适,但盘角鹿却毅然走上了开拓新的生存环境的道路,向草原地带转移。长颈鹿在演化之初,也遭遇过类似的环境。大约在700万年前的时候,东非高原也由森林环境转变为开阔的草原,长颈鹿祖先赖以生存的环境逐步消失促使它们必须适应新的环境。本来身体比较高大的长颈鹿,可能在这个时期发展出来了利用甩动脖子和头部攻击竞争对手的方式,通过这种极端的斗争方式,通过性选择的加持,使得在200万年的时间内长颈鹿的颈部迅速加长,从而有效占领了取食高处树叶这样一个相对边缘化,但回报还是颇丰的生态位,长颈鹿与其它物种竞争较少,不必与斑马羚羊等动物比赛啃食那些难以消化的草本植物。回顾整个长颈鹿的演化历史,在演化之初,长颈鹿类的生态地位就要比牛科鹿科等更加边缘化,这种演化初始的生态定位就决定了它们的演化道路必然更加艰难。边缘化的生态定位促进了种内的极端求偶竞争,而极端求偶竞争又促进了极端的形态学演化,使得它们可以在自然历史的滚滚长河之中历经艰辛,生存至今。用今天习惯的用语可以说,是选择大于努力,还是努力大于选择?这足以引起我们对物种演化方向、策略以及结果的更深层次的思考。DD的研究为获取长颈鹿的演化的秘事打开了全新的窗口。通过研究这个与长颈鹿物种相近、演化环境背景相似、演化策略相似的物种,我们可以丰富对长颈鹿演化历史细节的认识。

中国科学院青年创新促进会项目(2018099)对这一研究中起到了支持作用。

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图1  长颈鹿类雄性斗争的对比,前景为獬豸盘角鹿,远景为长颈鹿 (王宇、郭肖聪复原)

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图2 准噶尔盆地1700万年前的动物群,正中间为獬豸盘角鹿

 

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