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中国科学院与海外合作者揭示出性选择是长颈鹿类颈部特异性演化的驱动力
2024/04/26
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)
图2 獬豸盘角鹿高速撞击有限元模拟,A为具有复杂的头颈关节时的碰撞摸拟,碰撞很稳定;B为移除复杂的头颈关节时的碰撞摸拟,颈部发生折断
在国家自然科学基金项目(批准号:41872001、41625005、52178141、41877427)等资助下,中国科学院古脊椎动物与古人类研究所研究员王世骐、孟津和邓涛领衔国际合作团队研究了一种奇异的早期长颈鹿——獬豸盘角鹿(Discokeryx xiezhi)化石。研究成果以“性选择促进长颈鹿类头颈部演化和生态适应(Sexual selection promotes giraffoid head-neck evolution and ecological adaptation)”为题,于2022年6月3日在线发表于《科学》(Science)杂志上。论文链接:https://science.org/doi/10.1126/science.abl8316。
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(图1,远景)。这一发现冲击了原有对长颈鹿脖子伸长的认识。
该研究的獬豸盘角鹿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,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(图1,前景)。为此,研究者首次采用非线性动力学模拟了獬豸盘角鹿在高速碰撞下头骨和各颈椎的力学性能(图2)。模拟结果发现,獬豸盘角鹿的头颈会发生大角度的屈曲,寰椎的引力会比附加关节存在时增大5倍以上,这充分说明复杂的附加关节的存在对于獬豸盘角鹿的碰撞行为是不可或缺的,证实了獬豸盘角鹿存在激烈的碰撞行为。结合现生的雄性间碰撞行为的动物模拟结果,发现在同等条件下,獬豸盘角鹿对碰撞的力学响应要优于现生的麝牛等动物,獬豸盘角鹿对脑部软组织保护上具有绝对的优越性,獬豸盘角鹿可能进化史上最适合碰撞的脊椎动物。
该研究报道的獬豸盘角鹿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。该研究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。
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