大象是體型最大的陸生哺乳動(dòng)物，最引人注目的特征之一就是擁有柔軟靈活的象鼻。有科學(xué)家在哺乳動(dòng)物大百科全書中表示，象鼻是脊椎動(dòng)物中最靈敏的器官，具有至少4萬(wàn)條肌肉和極度發(fā)達(dá)的神經(jīng)系統(tǒng)。但其實(shí)大象在史前早-中中新世時(shí)期的祖先們不僅有矚目的長(zhǎng)鼻子，還有形態(tài)各異且很長(zhǎng)的下頜和下門齒。這一時(shí)期的象類如何利用其形態(tài)各異的下頜和下門齒進(jìn)行取食？象鼻在取食的過(guò)程中又起到了什么作用？而到了最晚中新世和上新世，象類一直伸長(zhǎng)的下頜卻都出人意料且不約而同地縮短了，這一傳奇演化過(guò)程又有哪些內(nèi)在機(jī)制？這些關(guān)于早期象類下頜和長(zhǎng)鼻的演化和生物適應(yīng)性等重要問(wèn)題，至今未有合理的解釋。

　　在最新的研究中，中國(guó)科學(xué)院大學(xué)和中國(guó)科學(xué)院古脊椎動(dòng)物與古人類研究所的研究人員對(duì)長(zhǎng)鼻類下頜的多樣性和演化歷程，以及其與象鼻的共同演變進(jìn)行了深入研究，揭示了早期象類的取食方式和有關(guān)器官的獨(dú)特演變過(guò)程。相關(guān)成果與審稿人的評(píng)價(jià)于2023年11月28日發(fā)表在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《生命科學(xué)》上。

　　千萬(wàn)年前的象

　　下頜和鼻子協(xié)同“干飯”

　　研究表明，早在1700萬(wàn)—1500萬(wàn)年的中中新世氣候適宜期，早期象類中的明星物種，具有鏟子狀下頜的鏟齒象已發(fā)展出用鼻子卷住植物并配合下頜切斷植物的進(jìn)食方式，這是象鼻最早實(shí)現(xiàn)卷握功能的證據(jù)。

　　本次研究對(duì)鏟齒象、嵌齒象和豕棱齒象這三類主要的長(zhǎng)頜乳齒象進(jìn)行功能形態(tài)對(duì)比研究，發(fā)現(xiàn)它們的下頜形態(tài)各不相同：鏟齒象具有像鏟子一樣寬扁的下門齒，上門齒較短并向下彎曲，沒(méi)有釉質(zhì)帶；嵌齒象的下門齒呈棍狀，上門齒較長(zhǎng)，同樣向下彎曲，且具有釉質(zhì)帶；豕棱齒象沒(méi)有下門齒，但是下頜聯(lián)合部伸長(zhǎng)，并成槽狀，上門齒粗壯，朝外上方彎曲，沒(méi)有釉質(zhì)帶。

　　除此之外，這三類早期象的鼻區(qū)特征也不同。相對(duì)嵌齒象和豕棱齒象，鏟齒象的鼻骨最小，鼻孔周圍的結(jié)構(gòu)最復(fù)雜，甚至在演化程度上超過(guò)了現(xiàn)生大象。這些鼻部相關(guān)的骨骼特征都說(shuō)明鏟齒象具有非常發(fā)達(dá)的鼻子，因?yàn)楸枪窃叫∠蟊窃桨l(fā)達(dá)。

　　為什么象祖先的主要“餐具”

　　由下頜、下門齒變成了鼻子？

　　為了深入揭示鏟齒象、嵌齒象和豕棱齒象的食性和取食方式，研究團(tuán)隊(duì)采用了多種研究手段，其中牙釉質(zhì)碳氧穩(wěn)定同位素分析和有限元力學(xué)分析成為重建這些早期象類取食行為的關(guān)鍵手段：牙釉質(zhì)碳氧穩(wěn)定同位素提供了三種象類不同食性偏好的證據(jù)；有限元力學(xué)分析則成為恢復(fù)取食方式的關(guān)鍵手段。

　　研究結(jié)果表明鏟齒象、豕棱齒象和嵌齒象具有不同的采食方式和生活環(huán)境：鏟齒象生活在較開(kāi)闊的環(huán)境之中，其下頜只適于切割豎直生長(zhǎng)的植物，鏟齒象是利用靈活的鼻子卷握住植物，再用下頜進(jìn)行水平切割，這種采食方式具有非常高的效率；豕棱齒象生活在比較封閉的環(huán)境之中，適于切割水平或傾斜生長(zhǎng)的枝條，它用鼻子輔助壓住枝條，然后配合下頜完成采食；嵌齒象的生境介于兩者之間或者與兩者重合，它的采食方式是多樣化的，在林地和草地都能較好地適應(yīng)。

　　對(duì)于早期象類，伸長(zhǎng)的下頜和下門齒是主要的取食器官，而象鼻僅僅作為輔助工具，不同下頜形態(tài)的早期象類具有不同的生態(tài)適應(yīng)性。隨著生態(tài)環(huán)境逐漸變得干冷，鏟齒象更能適應(yīng)相對(duì)開(kāi)闊的生態(tài)環(huán)境，以草本植物為食，最終促進(jìn)了象鼻抓握功能和靈活性的發(fā)展。

　　鏟齒象向開(kāi)闊生境的擴(kuò)張由于晚中新世初的托爾托納極熱事件引起的包括鏟齒象在內(nèi)的滅絕事件而終止，但嵌齒象類接替鏟齒象類，持續(xù)擴(kuò)散到晚中新世的開(kāi)闊生境之中，在象鼻持續(xù)向更高的靈活性和更強(qiáng)的抓握功能演化過(guò)程中，象類的取食功能完全轉(zhuǎn)移到長(zhǎng)鼻，最終導(dǎo)致了原來(lái)的采食器官——下頜和下門齒的縮短。

　　因此，開(kāi)闊環(huán)境中采食行為的適應(yīng)性，正是象鼻抓握功能演化的“催化劑”。該項(xiàng)研究對(duì)于我們認(rèn)識(shí)大象這一重要類群所擁有的象鼻和下頜演化與生態(tài)背景提供了重要的證據(jù)，并為理解長(zhǎng)鼻類如何適應(yīng)環(huán)境，環(huán)境變化如何塑造獨(dú)特器官的演變提供了新見(jiàn)解。

　　該研究融合多種前沿方法

　　獲得科學(xué)期刊高度評(píng)價(jià)

　　《生命科學(xué)》雜志編輯對(duì)該論文有很高的評(píng)價(jià)：“該研究融合多種前沿方法，在生態(tài)形態(tài)學(xué)、行為生態(tài)學(xué)和共同進(jìn)化生物學(xué)等多個(gè)方面提供了十分令人信服的結(jié)果”；同行評(píng)議的審稿人也對(duì)該項(xiàng)工作給予了高度贊揚(yáng)：“該項(xiàng)研究證據(jù)充足、插圖精美、補(bǔ)充文件數(shù)據(jù)充分且詳細(xì)、三維模型和動(dòng)畫視頻詳細(xì)易懂，這對(duì)理解長(zhǎng)鼻類的多樣性和取食器官的協(xié)同演化具有重要意義，也為進(jìn)一步探索生命科學(xué)和進(jìn)化生物學(xué)提供了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)?！?/p>

　　中國(guó)科學(xué)院大學(xué)博士后李春曉為論文第一作者，中國(guó)科學(xué)院古脊椎動(dòng)物與古人類研究所研究員王世騏、鄧濤，以及華中科技大學(xué)的張?bào)K教授為論文的共同通訊作者，該項(xiàng)目得到了國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目和第二次青藏高原科學(xué)考察項(xiàng)目的支持。 華西都市報(bào)-封面新聞?dòng)浾?譚羽清 圖片由中國(guó)科學(xué)院古脊椎動(dòng)物與古人類研究所提供