長頸鹿的脖子為什么那么長?這既是孩子“十萬個為什么”里的經(jīng)典問題，也是演化生物學(xué)史上的一個旗幟性論題。

人們普遍相信，長脖子與獲取高處食物有關(guān)。但部分科學(xué)家卻始終抱有另一種猜想：長脖子是為了找“老婆”。只不過，他們一直苦于證據(jù)不足。

近日，《科學(xué)》發(fā)表了一項(xiàng)由中國科學(xué)院古脊椎動物與古人類研究所(以下簡稱古脊椎所)主導(dǎo)的研究，以全新的發(fā)現(xiàn)沖擊了這一問題原有的答案。

這個故事還得從一頭來自新疆準(zhǔn)噶爾盆地的“怪獸”說起。

“怪獸!怪獸!”

1996年，新疆烏倫古河流域富蘊(yùn)縣與福?？h交界處的一個小山梁上，響起了古脊椎所客座研究員孟津的陣陣驚呼聲。

和他一同在那里進(jìn)行古生物科考的古脊椎所研究員葉捷和吳文裕聞訊從正在測量的化石坡面往上爬。一見到那具化石時，他們也愣住了。

這是一件大型反芻動物的腦顱化石，腦顱骨壁異常厚實(shí)。最為奇特的是，其腦袋頂上長著一個巨大的圓盤，完全覆蓋了頭頂，就像一頂帽子。之前，他們從未見過這樣的“角”。

不僅如此，研究人員進(jìn)一步觀察發(fā)現(xiàn)，它的頸椎異常粗壯，具有非常復(fù)雜的頭頸和頸間關(guān)節(jié)。在之后的考察中，研究人員在同期地層中陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了幾十件同類標(biāo)本。他們傾向于這是為了適應(yīng)劇烈碰撞行為而產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)，因此推測“怪獸”也許和?？苿游锉容^接近。

此后20多年，古脊椎所許多研究人員都見過這些標(biāo)本，卻始終沒人能鑒定距今1700萬年的“怪獸”的分類學(xué)屬性。

直到2015年，葉捷把捂在手里的寶貝似的化石交給了年輕的王世騏，“怪獸”的身世之謎才最終被揭開。

借助高分辨率的CT掃描和三維重建技術(shù)，古脊椎所研究員、論文第一作者王世騏抓住了內(nèi)耳這個重要結(jié)構(gòu)。

近年來，他與來自歐洲的研究團(tuán)隊(duì)合作，獲取了大量?？?、鹿科、麝科和長頸鹿科動物化石的內(nèi)耳結(jié)構(gòu)信息，發(fā)現(xiàn)這一結(jié)構(gòu)是有明確的系統(tǒng)發(fā)育意義的。因此，內(nèi)耳的形態(tài)在反芻動物的分類中可以起到關(guān)鍵的判別作用。

“我們發(fā)現(xiàn)，‘怪獸’的內(nèi)耳與之前認(rèn)為的最有可能的?？平厝徊煌c鹿科、麝科等也不同，反而與現(xiàn)生的長頸鹿在關(guān)鍵特征上是一致的。”王世騏說。

這一發(fā)現(xiàn)讓研究團(tuán)隊(duì)豁然開朗。過去，在牛科、鹿科和叉角羚科中，從來沒有過從頂骨中心生長的獨(dú)角，但長頸鹿的角卻可以長在那里。甚至在化石長頸鹿中，曾有一種非洲早中新世發(fā)現(xiàn)的原利比亞獸，就是在頂骨中心生長出了一個掌狀的大角，與“怪獸”已經(jīng)很接近。

研究團(tuán)隊(duì)終于確定，“怪獸”就是早期長頸鹿類群，并將其命名為獬豸盤角鹿。

史上最適合碰撞的動物

獬豸盤角鹿在腦顱之后聯(lián)接著四節(jié)異常粗大的頸椎，頸椎與頭骨之間，除了正常的轉(zhuǎn)動功能，還發(fā)育了一個異常增大的限位關(guān)節(jié)，其后的各頸椎之間也發(fā)育了一些附加的限位關(guān)節(jié)。這樣的結(jié)構(gòu)讓王世騏不禁聯(lián)想到，獬豸盤角鹿可能具有非常激烈的頭對頭的碰撞行為。

這時，有著生物力學(xué)研究背景的他充分發(fā)揮自己的優(yōu)勢。研究團(tuán)隊(duì)利用有限元力學(xué)模擬證實(shí)了這些結(jié)構(gòu)特征對于維持碰撞中的穩(wěn)定性不可或缺，對避免頸部折斷十分必要。

“我們對比發(fā)現(xiàn)，盤角鹿在頭對頭碰撞中的力學(xué)性能比麝牛、盤羊這些現(xiàn)生動物還要強(qiáng)，它很可能是生物演化史上最適合碰撞的動物。”這一奇觀讓王世騏興奮異常。

除了盤角鹿，研究團(tuán)隊(duì)還把視野擴(kuò)展到了整個長頸鹿家族。根據(jù)各種長頸鹿化石的記錄，他們梳理發(fā)現(xiàn)，家族成員們的角長得五花八門，多樣化程度遠(yuǎn)高于現(xiàn)生?？坪吐箍苿游?。

“角的不同形態(tài)代表了雄性不同的打斗方式，長頸鹿類多樣化的角的形態(tài)，則反映出它們在演化中產(chǎn)生了非常多樣的雄性打斗方式。”王世騏告訴《中國科學(xué)報》。

動物間的碰撞是一種極端的雄性間求偶競爭行為，在哺乳動物的演化中，這種激烈斗爭無外乎是為了獲得雌性的青睞。他解釋，無論是異常粗壯的頸椎和非常復(fù)雜的頭頸關(guān)節(jié)，還是多樣化的角的形態(tài)，長頸鹿家族演化出的這些極端的斗爭武器，都是為了使雄性能夠贏得交配權(quán)，從而使它們的基因得以留傳。

研究到這一階段，也進(jìn)入了最激動人心的部分。眾所周知，現(xiàn)生雄性長頸鹿在求偶斗爭中會甩動長脖子，用頭部打擊對手，如同使用流星錘的武士，頸部越長，打擊對手就越有效。會不會從一開始，長頸鹿演化出長脖子的形態(tài)就是求偶競爭的結(jié)果?

先食后性，還是先性后食

長頸鹿是非洲稀樹草原的旗艦物種，其脖子總長度可達(dá)2.5米，在動物界獨(dú)樹一幟。長頸鹿究竟如何演化出超長的頸部，早在拉馬克和達(dá)爾文時期，學(xué)者們就對此爭執(zhí)不下。

古脊椎所研究員、通訊作者之一鄧濤介紹，拉馬克認(rèn)為，長頸鹿是為了努力獲取高處的食物，所以脖子才會變長，這是“用進(jìn)廢退”理論。達(dá)爾文則是用“自然選擇”來解釋。長頸鹿的后代中偶然出現(xiàn)了長脖子成員，它們因?yàn)槟塬@取更多的食物，而在生存競爭中留下了更多后代，也使得這種基因得以長久遺傳。

兩種理論雖然對長脖子的演化過程和驅(qū)動力的解釋不同，但有一點(diǎn)卻是相同的，那就是都與取食行為密切相關(guān)。

直到1996年，國外學(xué)者Robert Simmons和Lue Scheepers發(fā)表了一項(xiàng)重要成果。鄧濤介紹，他們觀察發(fā)現(xiàn)，長頸鹿取食的高度并不是很高，往往不超過2米，如果僅僅為了取食，似乎沒有必要長出這么長的脖子。

不僅如此，與雌性不同，雄性長頸鹿的頭頸部重量隨年齡始終在增長，而且，雄性的頸部大小還與社會等級直接相關(guān)。作者認(rèn)為，這就是一種強(qiáng)烈的指向，長頸鹿如此特殊的頭頸形態(tài)其實(shí)是和雌性的選擇有關(guān)。這種演化動力也就是達(dá)爾文所說的“性選擇”。

那么，長頸鹿長脖子演化的動力究竟是食還是性?更準(zhǔn)確地說，是先食后性，還是先性后食?“在沒有化石證據(jù)的年代，這一問題并沒有確切結(jié)論，且自然選擇一直占據(jù)上風(fēng)。”鄧濤表示。

獬豸盤角鹿的發(fā)現(xiàn)對演化生物學(xué)界是個巨大的驚喜。它和其他化石長頸鹿從實(shí)證層面作出解釋——為了求偶而長出極端的斗爭武器，很可能是刻在長頸鹿家族基因里的。

最終，研究團(tuán)隊(duì)講述了這樣一個故事：早期的長頸鹿本來身體就比較高大，由于性選擇的加持，發(fā)展出利用甩動脖子和頭部攻擊競爭對手的方式，使得頸部迅速變長，而這也讓它們占領(lǐng)了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。這種生態(tài)定位決定了它們的演化道路更加艱難，導(dǎo)致種內(nèi)的求偶競爭加劇，而極端求偶競爭又進(jìn)一步促進(jìn)了極端的形態(tài)演化，并使得它們在自然歷史的滾滾長河之中歷經(jīng)艱辛，生存至今……

這個故事雖然不盡完美，但它成功說服了學(xué)界同行。審稿人在其審稿意見中表示，這是一項(xiàng)全面且令人印象深刻的研究，會引起多個不同領(lǐng)域的科學(xué)家和普通公眾的興趣。它用大量的技術(shù)手段，確保最準(zhǔn)確地描述新的分類單元?；诨C據(jù)和充分的論證，表明一種新的長頸鹿物種對其戰(zhàn)斗模式表現(xiàn)出了獨(dú)特的形態(tài)適應(yīng)能力，并把這種形態(tài)武器與性選擇聯(lián)系在一起。在某種程度上，這項(xiàng)研究可能成為未來長頸鹿類研究的關(guān)鍵。(記者 胡珉琦)

關(guān)鍵詞： 長頸鹿為啥脖子長 演化生物學(xué) 古脊椎所 長頸鹿類群