科学家发现最早的草食性象类

来源: 中国科学院古脊椎动物与古人类研究所

发布日期: 2018-05-19 08:00:00

科学家在新疆准噶尔盆地发现了大约1600万年前中中新世早期的象类直系祖先施泰因海姆嵌齿象的化石,揭示了象类可能早在1600万年前就开始食用草类,这一发现刷新了象类食草行为的起始时间,并展示了食性选择在动物演化中的关键作用。

晚中新世(约1100万年)以来,全球气候发生了大规模持续改变,原先温暖湿润气候主导的森林生态系统日渐凋零,最终局限在热带的部分地区;取而代之的是以禾本科植物为主体的草原生态系统,它们最终占据了陆地的大部分生态空间。禾本科植物可以理解为通常所说的草,能够在严酷的生存环境中脱颖而出非并是偶然事件,原因之一在于它们拥有一种秘密武器——植硅体。

植硅体是植物吸收可溶性二氧化硅后沉淀于植物内部的含水非晶态二氧化硅颗粒。虽然植硅体可以存在于各种类型的植物之中,但在禾本科植物中,植硅体的数量异常庞大,由于植硅体具有非常高的硬度,使得植食动物在取食禾本科植物中要付出牙齿过度磨损的具大代价,植物通过这种方法可以有效地使自身保全。然而,生命的进化是一场猫捉老鼠的游戏。

植食动物也决非束手无策,不少植食动物进化出了更加有效的牙齿,以处理被植硅体武装得日益坚硬的草本植物。例如,我们熟悉的象类就进化出了非凡的牙齿,它们的臼齿齿冠很高,由许多排列得非常密集的釉质齿板构成,这种结构使得象的臼齿如同巨大而耐磨损的磨盘,可以充分有效加工坚硬的草类。因此,象类成为了新生代晚期非常繁荣的种类。它们可以适应各种严酷的环境气候,甚至在冰河期的北方大草原上也遍布着象类的身影(猛犸象)。

生物进化中普遍存在先有鸡还是先有蛋的悖论。一个有趣的问题是,象类是先进化出适于吃草的牙齿,还是先选择草作为它们的食物?2013年对东非地区象类化石的一项研究显示,象类的牙齿进化出现在的样子大约是500万年,然而,通过分析牙齿釉质中碳同位素的成分,可以推断出,大约在1000万年左右的时候,象类可能已普遍取食草类。食草的行为居然比适于食草的牙齿要提前约500万年,这已经在很大程度上刷新了研究者三观。

然而,1000万年绝不是象类吃草时间的上限。在深处亚洲内部的新疆准噶尔盆地,中国科学院古脊椎动物与古人类研究所的研究者发现了大约1600万年前中中新世早期的象类直系祖先,施泰因海姆嵌齿象(Gomphotherium steinheimense)臼齿的化石,更加使人震惊的是,施泰因海姆嵌齿象虽然牙齿齿冠很低,磨盘状的臼齿完全没有成形,但它居然是一个纯粹的食草动物。

若说研究者是如何揭开施泰因海姆嵌齿象1600万年前进食的隐私,这还是要归功于之前提到的植硅体。研究人员在施泰因海姆嵌齿象臼齿的牙结石中,发现了植硅体的存在,而这些植硅体,正是这些已成为化石的古代象类祖先生前进食的植物所遗留下来的。植硅体非常坚硬,虽然对于吃它们的动物是严重的考验,但它们形态稳定,容易保存。更重要的是,研究者能够从它们的形态推断出它们的母源植物。

通过显微观察,研究者发现,施泰因海姆嵌齿象臼齿牙结石中,所有的植硅体竟然都是来自草类,没有一个植硅体是属于非草类的植物,因此,施泰因海姆嵌齿象已经是一个严格的食草者,这一结果也与稳定同位素的方法及牙微磨痕方法得到的结论一致。这要比它的后代进化出适于食草的臼齿提前了1000万年以上,甚至在这个时期,地球上是以温暖湿润的森林环境为主,大规模的草原还没有出现。

研究者进一步研究了新疆准噶尔盆地在中中新世的气候环境演变,通过分析地层中的花粉数据,发现在中中新世的新疆准噶尔盆地,气候比其它地区提前出现了干旱化的趋势,可能一些小范围的草原在这里已经出现,这或许就成为施泰因海姆嵌齿象以草为食的先决条件。

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