长颈鹿脖子为什么这么长？科学家新研究揭晓全新答案

超过2米长的颈部构成了长颈鹿最突出的特征，也让它们成为今天地球上最高大的动物。那么，这个全世界独一无二的脖子是怎么演出而来的？


今天，在一项发表于《科学》杂志的研究中，中国科学院古脊椎动物与古人类研究所（IVPP）的研究团队从一种奇特的长颈鹿祖先中，发现了长颈鹿颈部演化的全新证据。研究指出，雄性的求偶竞争是长颈鹿颈部演化的重要驱动力。


对于这个问题，最著名的论战来自拉马克与达尔文。我们知道，拉马克曾提出了“用进废退”和“获得性遗传”的假说：根据前者，长颈鹿进食树木顶端的叶片，需要不断使用脖子，因此颈部变得更长；而根据后者，这些新的性状有可能遗传给后代，使得长脖子成为普遍性状。


达尔文则根据适应性演化的观点反驳道，长颈鹿的长脖子是自然选择的结果：在非洲大草原的林地中，拥有更长颈部的长颈鹿能摄取树木顶端的叶片，因此在生存竞争中更具优势，这样的性状也更有可能遗传下来。


达尔文为长脖子的来源提供了完整的解释，但这个问题并没有盖棺定论。此后，也有科学家提出了其他的观点：长脖子其实是雄性长颈鹿求偶竞争的武器，有助于争取交配权。


根据这个假说，雄性长颈鹿在求偶竞争时，会用它们长有骨质角的头骨重重地砸向对手脖子的薄弱部位。在这个过程中，长脖子的摆动就如同是流星锤的铁链，可以让头部的撞击拥有更大的动能。简单来说，脖子越长，对对手造成的伤害就越大。


求偶竞争的假说虽然有趣，但如何验证这个假说，成为一项巨大的挑战。在最新论文中，研究团队从一个早期长颈鹿物种身上找到了关键线索。


邓涛研究员团队研究的，是一个首次发现的奇特物种：Discokeryx xiezhi。D. xiezhi与现今的长颈鹿同属于长颈鹿总科。这枚化石出土于新疆准噶尔盆地北缘，生活在距今约1700万年。保存完好的头骨和4节颈椎，使得科学家可以借助骨骼的比较解剖学，研究这一性状的起源。


▲研究使用的D. xiezhi头部与颈部化石（图片来源：参考资料[1]）


D. xiezhi拥有一系列独特的特征，尤其是头部中间的圆盘状骨质角，仿佛是在头上长了一枚头盔。这个物种也得名于此：獬豸（xiezhi）是中国古代神话中的独角生物。


这个物种的颈椎非常粗壮，而且其头部与颈部之间的关节连接是哺乳动物中最复杂的。研究团队对骨骼化石的研究表明，这种复杂的关节特别适合高速撞击，甚至比今天需要频繁进行头部撞击的动物（例如麝牛）更有效。综合骨质角与关节特征，作者认为，D. xiezhi可能是历史上最适合头部撞击的脊椎动物。


▲D. xiezhi在演化谱系中的位置（图片来源：参考资料[1]）


是什么原因造成了这个物种的激烈竞争？研究团队发现环境在其中起到了关键作用。


在D. xiezhi生存的1700万年前，地球非常温暖，因此森林整体十分茂密。但当时青藏高原已经隆起，阻挡了印度洋的水汽向北方输送，因此D. xiezhi所处的地区较为干燥。


这一点也得到了同位素研究的证实。稳定同位素可以帮助我们推测出动物当时的食物类型。对D. xiezhi牙釉质的同位素分析显示，它们生活在开阔的草原上。相比于食物充足的森林环境，草原更加贫瘠，因此D. xiezhi面临着更大的生存压力。这可能解释了它们激烈的求偶竞争。

▲在1700万年前的准噶尔盆地，D. xiezhi的生存环境（图片来源：GUO Xiaocong）


进一步的研究指出，D. xiezhi所面临的情况，同样发生在其他长颈鹿物种的演化历程中。


研究团队比较了长颈鹿科与其他几种反刍动物（包括牛、羊、鹿和叉角羚）的骨质角的形态，结果发现长颈鹿骨质角的多样性远超其他动物，并且呈现出多种不同的极端形态，这反映了长颈鹿中更加激烈的求偶竞争。这种激烈的求偶竞争，很可能也让长脖子这个优势性状，逐渐成为现今长颈鹿的“标配”。


对于现今长颈鹿的演化来说，这种激烈竞争的驱动力，同样是巨大的环境压力。大约700万年前，作为现今长颈鹿的直系祖先，长颈鹿属出现没多久时，也经历了类似的环境。东非高原从森林环境转变为草原，长颈鹿的直系祖先不得不适应这样的环境变化。在此期间，它们演化出通过摆动颈部、头部攻击对手的方式。正是这种由性选择导致的激烈竞争，使得长颈鹿的颈部在随后的200万年间不断变长。


可以说，D. xiezhi和今天的长颈鹿相比，尽管形态差异巨大，但却有着奇妙的共同点：两者都是雄性为了求偶竞争，朝着不同的极端方向演化的典型案例。


这项研究向我们展示了，早期长颈鹿的演化很可能比之前认为的更为复杂：求偶竞争对长脖子的塑造起到重要作用。对食物的竞争与求偶竞争，哪个才是长颈鹿颈部演化的主要驱动力？这一次，达尔文的解释还能站得住脚吗？我们期待答案最终揭晓的那一天。

来源：学术经纬