(東西問(wèn))王世騏：長(cháng)頸鹿的脖子為什么那么長(cháng)？

　　中新社北京6月3日電 題：王世騏：長(cháng)頸鹿的脖子為什么那么長(cháng)？

　　中新社記者 孫自法

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

　　由中國科學(xué)院古脊椎動(dòng)物與古人類(lèi)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(dòng)物部主任孟津領(lǐng)導的國際合作團隊，最新通過(guò)對發(fā)現于中國新疆、約1700萬(wàn)年前一種奇異的早期長(cháng)頸鹿“獬豸盤(pán)角鹿”化石展開(kāi)持續深入研究，并對長(cháng)頸鹿求偶斗爭和取食壓力兩種因素進(jìn)行深度結合，確認求偶競爭是長(cháng)頸鹿長(cháng)脖子演化的直接驅動(dòng)力。

　　這一通過(guò)化石證據極大促進(jìn)對長(cháng)頸鹿長(cháng)脖子演化認知的重要研究論文，北京時(shí)間6月3日在國際著(zhù)名學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》上線(xiàn)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(dòng)物研究室主任王世騏研究員接受中新社“東西問(wèn)”獨家專(zhuān)訪(fǎng)，解讀研究成果，科普長(cháng)頸鹿長(cháng)脖子演化的“前世今生”。

　　現將訪(fǎng)談實(shí)錄摘要如下：

　　中新社記者：普通人大多只關(guān)注到長(cháng)頸鹿奇特頸部造型，它和包括人在內的哺乳動(dòng)物頸部在骨骼結構上有何異同？其長(cháng)脖子演化在學(xué)界有哪些觀(guān)點(diǎn)？

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

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

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

　　1996年，開(kāi)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(chēng)，長(cháng)頸鹿的長(cháng)脖子在取食方面的優(yōu)勢并不顯著(zhù)，相反，長(cháng)脖子特別有利于雄性長(cháng)頸鹿在求偶競爭中獲得優(yōu)勢。他們認為，求偶競爭才是長(cháng)頸鹿長(cháng)頸的第一驅動(dòng)力。

　　這一觀(guān)點(diǎn)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，來(lái)支持或否定“求偶競爭”驅動(dòng)長(cháng)頸鹿演化的論斷。

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

　　王世騏：化石證據這項工作并不容易，長(cháng)頸鹿具有很多形形色色的化石親屬，但第一個(gè)也是迄今唯一具有長(cháng)頸的屬就是長(cháng)頸鹿屬本身，其化石記錄不早于500萬(wàn)年前的上新世。長(cháng)頸鹿科其他化石種的頸椎長(cháng)度，在比例上并不比現生的㺢㹢狓更長(cháng)。特別是長(cháng)頸鹿科中的主流西瓦獸類(lèi)，它們不但沒(méi)有長(cháng)頸，而自身演化得粗壯如牛，頸部反而相對更短而不是更長(cháng)。在新生代非常完善的化石記錄中，目前找不到長(cháng)頸鹿頸部伸長(cháng)的中間狀態(tài)的證據，似乎長(cháng)頸鹿的長(cháng)頸是短時(shí)間內突然產(chǎn)生。

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

　　也正是在1996年，求偶競爭驅動(dòng)長(cháng)頸鹿長(cháng)頸演化觀(guān)點(diǎn)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(wàn)年前地層中發(fā)現神秘化石。

　　這是一件大型反芻動(dòng)物的腦顱化石，腦顱骨壁異常厚實(shí)，頭頂上長(cháng)有一個(gè)完全覆蓋頭頂的巨大圓盤(pán)，在腦顱之后還連接著(zhù)四節異常粗大的頸椎，其中第一頸椎的形狀尤為奇特，頸椎與頭骨之間，除了正常的轉動(dòng)功能，還發(fā)育一個(gè)異常增大的限位關(guān)節，其后的各頸椎之間也多少發(fā)育有附加的限位關(guān)節。因無(wú)法確認該化石分類(lèi)，研究者一直稱(chēng)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(chǎng)景。受訪(fǎng)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，又陸陸續續發(fā)現完整程度不一的幾十件“怪獸”同類(lèi)標本，由于它頭骨和頸椎的特殊關(guān)節，研究者認為這是一種對碰撞行為極端適應的動(dòng)物，進(jìn)而認為其或許與某些在求偶競爭中有碰撞求偶行為的現生動(dòng)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(méi)有實(shí)質(zhì)性的進(jìn)展。

　　2015年開(kāi)始，我帶領(lǐng)團隊研究攻堅這些“怪獸”化石標本，在古生物研究中首次采用高速的動(dòng)力學(xué)模擬方法，證實(shí)“怪獸”的頭骨和頸椎的復雜結構特別適應于高速的頭對頭撞擊，有效性遠高于麝牛等適應頭部撞擊的現生動(dòng)物，也可能是生物演化史上最適應頭部撞擊的脊椎動(dòng)物。

　　隨后，我們通過(guò)對“怪獸”內耳結構的高分辨率計算機斷層掃描(CT)和三維重建發(fā)現，“怪獸”內耳與之前認為的最有可能的?？平厝徊煌?，也不同于鹿科、麝科等，反而與現生的長(cháng)頸鹿在關(guān)鍵特征上一致，并得到具有大量數據積累的歐洲合作團隊的確認。

　　“怪獸”屬于長(cháng)頸鹿類(lèi)這一初步結果讓我們豁然開(kāi)朗：角的特征早已暗示了其長(cháng)頸鹿類(lèi)的屬性，它具有從頂骨中心生長(cháng)的獨角，這在?？?、鹿科和叉角羚科中都從來(lái)沒(méi)有過(guò)，唯獨長(cháng)頸鹿和西瓦獸的角長(cháng)在頂骨上，長(cháng)頸鹿在額骨的中間還有一個(gè)獨角。

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

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

　　王世騏：系統發(fā)育分析顯示，現生長(cháng)頸鹿與獬豸盤(pán)角鹿均屬于長(cháng)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(guò)對比反芻類(lèi)幾大類(lèi)群，包括長(cháng)頸鹿類(lèi)、牛類(lèi)、鹿類(lèi)、叉角羚類(lèi)的角的形態(tài)，發(fā)現長(cháng)頸鹿類(lèi)角的多樣性遠高于其他幾大類(lèi)群，并且形態(tài)往往偏向極端，這說(shuō)明長(cháng)頸鹿類(lèi)求偶斗爭比其他反芻類(lèi)更加高強度而且多樣化。

　　同時(shí)，長(cháng)頸鹿和盤(pán)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(cháng)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(pán)角鹿的生態(tài)環(huán)境和它所占據的生態(tài)位發(fā)現，當時(shí)地球正處于一個(gè)溫暖時(shí)期，總體上來(lái)說(shuō)森林密布，但獬豸盤(pán)角鹿生存的新疆地區，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要干旱一些。牙釉質(zhì)穩定同位素表明，獬豸盤(pán)角鹿生活在開(kāi)闊的草原之中，并且可能隨季節遷徙。對于當時(shí)的動(dòng)物來(lái)說(shuō)，瘠薄的草原環(huán)境不如森林環(huán)境舒適，獬豸盤(pán)角鹿的激烈打斗行為，可能與生存環(huán)境帶來(lái)的壓力相關(guān)。

　　到現生長(cháng)頸鹿出現之初，也遭遇過(guò)類(lèi)似獬豸盤(pán)角鹿的環(huán)境：約700萬(wàn)年前，東非高原也由森林環(huán)境轉變?yōu)殚_(kāi)闊的草原，遠古長(cháng)頸鹿賴(lài)以生存的環(huán)境逐步消失，促使它們必須適應新的變化?，F生長(cháng)頸鹿屬500萬(wàn)年前出現時(shí)，本來(lái)身體比較高大的長(cháng)頸鹿，可能在這個(gè)時(shí)期發(fā)展出利用甩動(dòng)脖子和頭部攻擊競爭對手的方式，通過(guò)這種極端的斗爭方式，在性選擇的加持下，使得長(cháng)頸鹿的頸部在200萬(wàn)年時(shí)間內迅速加長(cháng)，成為現生長(cháng)頸鹿屬，從而有效占領(lǐng)取食高處樹(shù)葉這樣一個(gè)相對邊緣化但回報頗豐的生態(tài)位。

　　中新社記者：獬豸盤(pán)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(pán)角鹿化石的發(fā)現，為揭開(kāi)長(cháng)頸鹿長(cháng)脖子的演化之謎提供了重要化石證據。長(cháng)頸鹿科的化石中，頭頸部和角的形狀的多樣性非常高。長(cháng)頸鹿的長(cháng)頸配小角，與獬豸盤(pán)角鹿的粗壯頸部配盤(pán)狀角，不過(guò)是其中兩個(gè)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(cháng)頸鹿和盤(pán)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(cháng)頸鹿中極端的形態(tài)學(xué)演化。

　　回顧整個(gè)長(cháng)頸鹿的演化歷史，在演化之初，長(cháng)頸鹿類(lèi)的生態(tài)地位就要比?？坡箍频雀舆吘壔?，這似乎預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、策略以及結果的更深層次思考。

　　通過(guò)研究獬豸盤(pán)角鹿這個(gè)與長(cháng)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(cháng)頸鹿脖子演化細節的認識，雖然長(cháng)頸鹿長(cháng)頸演化仍存在許多不能完全了解的細節，但獬豸盤(pán)角鹿化石的研究則為獲取這一段秘事打開(kāi)全新的窗口。

　　如果要問(wèn)長(cháng)頸鹿的長(cháng)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(gè)結果，性可能是達到這個(gè)結果的途徑。重要的是，每一個(gè)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(mǎn)挑戰的世界中存活下去。(完)

　　受訪(fǎng)者簡(jiǎn)介：

　　王世騏，青年古生物學(xué)家，中國科學(xué)院古脊椎動(dòng)物與古人類(lèi)研究所古哺乳動(dòng)物研究室主任、研究員，中國科學(xué)院大學(xué)博士生導師。主要從事新生代大型哺乳動(dòng)物的系統演化及東亞地區新生代生物地層學(xué)研究，重點(diǎn)研究青藏高原隆升引起亞洲內陸干旱化成為北半球開(kāi)闊動(dòng)物群的演化中心這一重大科學(xué)問(wèn)題。已完成重要研究成果包括：發(fā)現長(cháng)頸鹿類(lèi)頭頸部特異演化(如長(cháng)脖子演化)的性別競爭驅動(dòng)力和生態(tài)因素；提出早期象類(lèi)采食方式分化和生態(tài)輻射以及采食器官由下頜向長(cháng)鼻轉移的演化過(guò)程；提出青藏高原及中亞內陸是羊亞科動(dòng)物的演化中心，并找到重要化石證據；提出大型有蹄類(lèi)的性別異時(shí)進(jìn)化理論。主持過(guò)和正在開(kāi)展中國科學(xué)院戰略性先導科技專(zhuān)項子課題、科技部基礎專(zhuān)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(zhuān)業(yè)學(xué)術(shù)論文近百篇。