超過2米長的頸部構(gòu)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(gè)全世界獨(dú)一無二的脖子是怎么演出而來的?
今天,在一項(xiàng)發(fā)表于《科學(xué)》雜志的研究中,中國科學(xué)院古脊椎動物與古人類研究所(IVPP)的研究團(tuán)隊(duì)從一種奇特的長頸鹿祖先中,發(fā)現(xiàn)了長頸鹿頸部演化的全新證據(jù)。研究指出,雄性的求偶競爭是長頸鹿頸部演化的重要驅(qū)動力。
對于這個(gè)問題,最著名的論戰(zhàn)來自拉馬克與達(dá)爾文。我們知道,拉馬克曾提出了“用進(jìn)廢退”和“獲得性遺傳”的假說:根據(jù)前者,長頸鹿進(jìn)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(jù)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(dá)爾文則根據(jù)適應(yīng)性演化的觀點(diǎn)反駁道,長頸鹿的長脖子是自然選擇的結(jié)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(yōu)勢,這樣的性狀也更有可能遺傳下來。
達(dá)爾文為長脖子的來源提供了完整的解釋,但這個(gè)問題并沒有蓋棺定論。此后,也有科學(xué)家提出了其他的觀點(diǎn):長脖子其實(shí)是雄性長頸鹿求偶競爭的武器,有助于爭取交配權(quán)。
根據(jù)這個(gè)假說,雄性長頸鹿在求偶競爭時(shí),會用它們長有骨質(zhì)角的頭骨重重地砸向?qū)κ植弊拥谋∪醪课弧T谶@個(gè)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(yàn)證這個(gè)假說,成為一項(xiàng)巨大的挑戰(zhàn)。在最新論文中,研究團(tuán)隊(duì)從一個(gè)早期長頸鹿物種身上找到了關(guān)鍵線索。
鄧濤研究員團(tuán)隊(duì)研究的,是一個(gè)首次發(fā)現(xiàn)的奇特物種:Discokeryx xiezhi。D。 xiezhi與現(xiàn)今的長頸鹿同屬于長頸鹿總科。這枚化石出土于新疆準(zhǔn)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(jié)頸椎,使得科學(xué)家可以借助骨骼的比較解剖學(xué),研究這一性狀的起源。
D。 xiezhi擁有一系列獨(dú)特的特征,尤其是頭部中間的圓盤狀骨質(zhì)角,仿佛是在頭上長了一枚頭盔。這個(gè)物種也得名于此:獬豸(xiezhi)是中國古代神話中的獨(dú)角生物。
這個(gè)物種的頸椎非常粗壯,而且其頭部與頸部之間的關(guān)節(jié)連接是哺乳動物中最復(fù)雜的。研究團(tuán)隊(duì)對骨骼化石的研究表明,這種復(fù)雜的關(guān)節(jié)特別適合高速撞擊,甚至比今天需要頻繁進(jìn)行頭部撞擊的動物(例如麝牛)更有效。綜合骨質(zhì)角與關(guān)節(jié)特征,作者認(rèn)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(gè)物種的激烈競爭?研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)環(huán)境在其中起到了關(guān)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(dāng)時(shí)青藏高原已經(jīng)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(qū)較為干燥。
這一點(diǎn)也得到了同位素研究的證實(shí)。穩(wěn)定同位素可以幫助我們推測出動物當(dāng)時(shí)的食物類型。對D。 xiezhi牙釉質(zhì)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(huán)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(jìn)一步的研究指出,D。 xiezhi所面臨的情況,同樣發(fā)生在其他長頸鹿物種的演化歷程中。
研究團(tuán)隊(duì)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(zhì)角的形態(tài),結(jié)果發(fā)現(xiàn)長頸鹿骨質(zhì)角的多樣性遠(yuǎn)超其他動物,并且呈現(xiàn)出多種不同的極端形態(tài),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(gè)優(yōu)勢性狀,逐漸成為現(xiàn)今長頸鹿的“標(biāo)配”。
對于現(xiàn)今長頸鹿的演化來說,這種激烈競爭的驅(qū)動力,同樣是巨大的環(huán)境壓力。大約700萬年前,作為現(xiàn)今長頸鹿的直系祖先,長頸鹿屬出現(xiàn)沒多久時(shí),也經(jīng)歷了類似的環(huán)境。東非高原從森林環(huán)境轉(zhuǎn)變?yōu)椴菰L頸鹿的直系祖先不得不適應(yīng)這樣的環(huán)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(dǎo)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(tài)差異巨大,但卻有著奇妙的共同點(diǎn):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(xiàng)研究向我們展示了,早期長頸鹿的演化很可能比之前認(rèn)為的更為復(fù)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(gè)才是長頸鹿頸部演化的主要驅(qū)動力?這一次,達(dá)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。