(東西問)王世騏：長頸鹿的脖子為什么那么長？

　　中新社北京6月3日電 題：王世騏：長頸鹿的脖子為什么那么長？

　　中新社記者 孫自法

　　在非洲大草原上和很多動物園里，長頸鹿總是以其長長的脖子引人矚目。長頸鹿的脖子為什么那么長？長脖子是如何演化出來的？這一公眾比較好奇的話題長期以來備受學(xué)界關(guān)注。

　　由中國科學(xué)院古脊椎動物與古人類研究所王世騏研究員、鄧濤研究員和該所客座研究員、美國自然歷史博物館哺乳動物部主任孟津領(lǐng)導(dǎo)的國際合作團隊，最新通過對發(fā)現(xiàn)于中國新疆、約1700萬年前一種奇異的早期長頸鹿“獬豸盤角鹿”化石展開持續(xù)深入研究，并對長頸鹿求偶斗爭和取食壓力兩種因素進(jìn)行深度結(jié)合，確認(rèn)求偶競爭是長頸鹿長脖子演化的直接驅(qū)動力。

　　這一通過化石證據(jù)極大促進(jìn)對長頸鹿長脖子演化認(rèn)知的重要研究論文，北京時間6月3日在國際著名學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》上線發(fā)表。發(fā)表前夕，論文第一作者和共同通訊作者、中科院古脊椎所古哺乳動物研究室主任王世騏研究員接受中新社“東西問”獨家專訪，解讀研究成果，科普長頸鹿長脖子演化的“前世今生”。

　　現(xiàn)將訪談實錄摘要如下：

　　中新社記者：普通人大多只關(guān)注到長頸鹿奇特頸部造型，它和包括人在內(nèi)的哺乳動物頸部在骨骼結(jié)構(gòu)上有何異同？其長脖子演化在學(xué)界有哪些觀點？

　　王世騏：長頸鹿雖與其它哺乳動物同樣僅具有7節(jié)頸椎，但每節(jié)平均長度超過30厘米，總長度可達(dá)2.5米，而與之體重相近的偶蹄類如水牛，頸椎長度僅5厘米左右，即使是長頸鹿唯一現(xiàn)生近親——中非森林里的㺢㹢狓，每節(jié)頸椎的平均長度也僅10多厘米。

　　長頸鹿的脖子如何變長是進(jìn)化生物學(xué)的旗幟性論題，自拉馬克和達(dá)爾文時代便成為研究的焦點，“用進(jìn)廢退論”和“自然選擇論”都在這優(yōu)雅的長脖子上生發(fā)演繹而來。雖然兩位泰斗對長頸鹿脖子伸長過程的認(rèn)識有較大分歧，但脖子伸長的動力是吃到高處樹葉的取食需求，兩人都沒有懷疑。

　　除取食需求外，其他相關(guān)因素也受到越來越多關(guān)注和研究。隨著對長頸鹿行為觀察的加深，科學(xué)家進(jìn)一步認(rèn)識到，長頸鹿優(yōu)雅的長脖子還是雄性間求偶競爭的武器，脖子越長，對對手的傷害就越強烈。

　　1996年，開普敦大學(xué)的羅伯特·西蒙斯(Robert Simmons)和納米比亞埃托沙環(huán)境研究所的盧·西伯斯(Lue Scheepers)發(fā)表學(xué)術(shù)論文稱，長頸鹿的長脖子在取食方面的優(yōu)勢并不顯著，相反，長脖子特別有利于雄性長頸鹿在求偶競爭中獲得優(yōu)勢。他們認(rèn)為，求偶競爭才是長頸鹿長頸的第一驅(qū)動力。

　　這一觀點發(fā)表后引發(fā)學(xué)界廣泛爭論，支持或反對者眾，學(xué)界尤其期待古生物界能提供重要的化石證據(jù)，來支持或否定“求偶競爭”驅(qū)動長頸鹿演化的論斷。

　　中新社記者：長頸鹿化石發(fā)現(xiàn)及研究狀況怎樣？新疆獬豸盤角鹿化石是如何被發(fā)現(xiàn)命名的？怎么研究出它與長頸鹿之間的關(guān)系？

　　王世騏：化石證據(jù)這項工作并不容易，長頸鹿具有很多形形色色的化石親屬，但第一個也是迄今唯一具有長頸的屬就是長頸鹿屬本身，其化石記錄不早于500萬年前的上新世。長頸鹿科其他化石種的頸椎長度，在比例上并不比現(xiàn)生的㺢㹢狓更長。特別是長頸鹿科中的主流西瓦獸類，它們不但沒有長頸，而自身演化得粗壯如牛，頸部反而相對更短而不是更長。在新生代非常完善的化石記錄中，目前找不到長頸鹿頸部伸長的中間狀態(tài)的證據(jù)，似乎長頸鹿的長頸是短時間內(nèi)突然產(chǎn)生。

　　與此同時，研究者也逐漸意識到，長頸鹿科的化石中，頭和角的形狀的多樣性遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過種類更多的鹿科和?？?。長頸鹿科頭骨上配備有如此多樣化的角，其究竟意味著什么也引發(fā)學(xué)界的關(guān)注與思考。

　　也正是在1996年，求偶競爭驅(qū)動長頸鹿長頸演化觀點發(fā)表的同一年，中科院古脊椎所團隊在新疆烏倫古河流域的茫茫戈壁之中，一處約1700萬年前地層中發(fā)現(xiàn)神秘化石。

　　這是一件大型反芻動物的腦顱化石，腦顱骨壁異常厚實，頭頂上長有一個完全覆蓋頭頂?shù)木薮髨A盤，在腦顱之后還連接著四節(jié)異常粗大的頸椎，其中第一頸椎的形狀尤為奇特，頸椎與頭骨之間，除了正常的轉(zhuǎn)動功能，還發(fā)育一個異常增大的限位關(guān)節(jié)，其后的各頸椎之間也多少發(fā)育有附加的限位關(guān)節(jié)。因無法確認(rèn)該化石分類，研究者一直稱其為“怪獸”。

王世騏研究員在新疆戈壁灘進(jìn)行野外科學(xué)考察的工作場景。受訪者 供圖

　　之后的野外考察中，中科院古脊椎所團隊在烏倫古河流域的同期地層中，又陸陸續(xù)續(xù)發(fā)現(xiàn)完整程度不一的幾十件“怪獸”同類標(biāo)本，由于它頭骨和頸椎的特殊關(guān)節(jié)，研究者認(rèn)為這是一種對碰撞行為極端適應(yīng)的動物，進(jìn)而認(rèn)為其或許與某些在求偶競爭中有碰撞求偶行為的現(xiàn)生動物(如麝牛等)有關(guān)，但在這一共識之外，“怪獸”化石研究一直沒有實質(zhì)性的進(jìn)展。

　　2015年開始，我?guī)ьI(lǐng)團隊研究攻堅這些“怪獸”化石標(biāo)本，在古生物研究中首次采用高速的動力學(xué)模擬方法，證實“怪獸”的頭骨和頸椎的復(fù)雜結(jié)構(gòu)特別適應(yīng)于高速的頭對頭撞擊，有效性遠(yuǎn)高于麝牛等適應(yīng)頭部撞擊的現(xiàn)生動物，也可能是生物演化史上最適應(yīng)頭部撞擊的脊椎動物。

　　隨后，我們通過對“怪獸”內(nèi)耳結(jié)構(gòu)的高分辨率計算機斷層掃描(CT)和三維重建發(fā)現(xiàn)，“怪獸”內(nèi)耳與之前認(rèn)為的最有可能的牛科截然不同，也不同于鹿科、麝科等，反而與現(xiàn)生的長頸鹿在關(guān)鍵特征上一致，并得到具有大量數(shù)據(jù)積累的歐洲合作團隊的確認(rèn)。

　　“怪獸”屬于長頸鹿類這一初步結(jié)果讓我們豁然開朗：角的特征早已暗示了其長頸鹿類的屬性，它具有從頂骨中心生長的獨角，這在?？啤⒙箍坪筒娼橇缈浦卸紡膩頉]有過，唯獨長頸鹿和西瓦獸的角長在頂骨上，長頸鹿在額骨的中間還有一個獨角。

　　隨著大量“怪獸”牙齒化石也被發(fā)現(xiàn)，從另一個角度證明它是一種齒冠較高的長頸鹿。在此基礎(chǔ)上，我們團隊將“怪獸”正式命名為“獬豸盤角鹿”，其中，獬豸是中國古代的神獸，在頭頂上有一個獨角，它被認(rèn)為是麒麟的一種，而從明代以來，長頸鹿傳入中國，人們就將其稱為麒麟；盤角，則是指它的標(biāo)志性特征——圓盤狀的大角。

　　中新社記者：獬豸盤角鹿化石研究，除得出其屬于長頸鹿類這一結(jié)果外，在長脖子演化方面有哪些重要發(fā)現(xiàn)？

　　王世騏：系統(tǒng)發(fā)育分析顯示，現(xiàn)生長頸鹿與獬豸盤角鹿均屬于長頸鹿超科，它們頭骨和頸部的形態(tài)差別很大，但都與雄性的求偶斗爭相關(guān)，而且都向極端的方向演化。

　　我們團隊通過對比反芻類幾大類群，包括長頸鹿類、牛類、鹿類、叉角羚類的角的形態(tài)，發(fā)現(xiàn)長頸鹿類角的多樣性遠(yuǎn)高于其他幾大類群，并且形態(tài)往往偏向極端，這說明長頸鹿類求偶斗爭比其他反芻類更加高強度而且多樣化。

　　同時，長頸鹿和盤角鹿都是極端的打斗者，它們的雄性為了爭奪雌性的芳心，不惜發(fā)展出一些極端的武器，極端的行為在性選擇的加持下，促生了進(jìn)化史上各種長頸鹿極端的頭頸部的形態(tài)學(xué)演化。

　　進(jìn)一步分析獬豸盤角鹿的生態(tài)環(huán)境和它所占據(jù)的生態(tài)位發(fā)現(xiàn)，當(dāng)時地球正處于一個溫暖時期，總體上來說森林密布，但獬豸盤角鹿生存的新疆地區(qū)，由于南邊青藏高原正劇烈隆升，阻擋了水汽的傳輸，使得這一帶比其他地區(qū)要干旱一些。牙釉質(zhì)穩(wěn)定同位素表明，獬豸盤角鹿生活在開闊的草原之中，并且可能隨季節(jié)遷徙。對于當(dāng)時的動物來說，瘠薄的草原環(huán)境不如森林環(huán)境舒適，獬豸盤角鹿的激烈打斗行為，可能與生存環(huán)境帶來的壓力相關(guān)。

　　到現(xiàn)生長頸鹿出現(xiàn)之初，也遭遇過類似獬豸盤角鹿的環(huán)境：約700萬年前，東非高原也由森林環(huán)境轉(zhuǎn)變?yōu)殚_闊的草原，遠(yuǎn)古長頸鹿賴以生存的環(huán)境逐步消失，促使它們必須適應(yīng)新的變化?，F(xiàn)生長頸鹿屬500萬年前出現(xiàn)時，本來身體比較高大的長頸鹿，可能在這個時期發(fā)展出利用甩動脖子和頭部攻擊競爭對手的方式，通過這種極端的斗爭方式，在性選擇的加持下，使得長頸鹿的頸部在200萬年時間內(nèi)迅速加長，成為現(xiàn)生長頸鹿屬，從而有效占領(lǐng)取食高處樹葉這樣一個相對邊緣化但回報頗豐的生態(tài)位。

　　中新社記者：獬豸盤角鹿化石研究論文獲國際頂級期刊發(fā)表，這項成果有什么重要意義？

　　王世騏：獬豸盤角鹿化石的發(fā)現(xiàn)，為揭開長頸鹿長脖子的演化之謎提供了重要化石證據(jù)。長頸鹿科的化石中，頭頸部和角的形狀的多樣性非常高。長頸鹿的長頸配小角，與獬豸盤角鹿的粗壯頸部配盤狀角，不過是其中兩個極端的例子，而這兩種形態(tài)都與雄性求偶中的打斗方式相關(guān)：長頸鹿和盤角鹿都是極端的打斗者，它們的極端行為在性選擇的加持下，促生出長頸鹿中極端的形態(tài)學(xué)演化。

　　回顧整個長頸鹿的演化歷史，在演化之初，長頸鹿類的生態(tài)地位就要比?？坡箍频雀舆吘壔?，這似乎預(yù)先決定了它們的演化道路：邊緣化的生態(tài)定位促進(jìn)了種內(nèi)的極端求偶競爭，而極端求偶競爭又促進(jìn)了極端的形態(tài)學(xué)演化。這足以引起學(xué)界對物種演化方向、策略以及結(jié)果的更深層次思考。

　　通過研究獬豸盤角鹿這個與長頸鹿譜系相近、演化環(huán)境背景相似、演化策略相同的物種，極大促進(jìn)了我們對長頸鹿脖子演化細(xì)節(jié)的認(rèn)識，雖然長頸鹿長頸演化仍存在許多不能完全了解的細(xì)節(jié)，但獬豸盤角鹿化石的研究則為獲取這一段秘事打開全新的窗口。

　　如果要問長頸鹿的長脖子究竟是為了食還是為了性？我們最新研究給出了這樣的答案：食可能是一個結(jié)果，性可能是達(dá)到這個結(jié)果的途徑。重要的是，每一個物種，必須要在生態(tài)環(huán)境中找到自己的位置，才有可能在充滿挑戰(zhàn)的世界中存活下去。(完)

　　受訪者簡介：

　　王世騏，青年古生物學(xué)家，中國科學(xué)院古脊椎動物與古人類研究所古哺乳動物研究室主任、研究員，中國科學(xué)院大學(xué)博士生導(dǎo)師。主要從事新生代大型哺乳動物的系統(tǒng)演化及東亞地區(qū)新生代生物地層學(xué)研究，重點研究青藏高原隆升引起亞洲內(nèi)陸干旱化成為北半球開闊動物群的演化中心這一重大科學(xué)問題。已完成重要研究成果包括：發(fā)現(xiàn)長頸鹿類頭頸部特異演化(如長脖子演化)的性別競爭驅(qū)動力和生態(tài)因素；提出早期象類采食方式分化和生態(tài)輻射以及采食器官由下頜向長鼻轉(zhuǎn)移的演化過程；提出青藏高原及中亞內(nèi)陸是羊亞科動物的演化中心，并找到重要化石證據(jù)；提出大型有蹄類的性別異時進(jìn)化理論。主持過和正在開展中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項子課題、科技部基礎(chǔ)專項子課題、國家自然科學(xué)基金重大項目子課題等多項科研項目，已發(fā)表專業(yè)學(xué)術(shù)論文近百篇。