“不同的食物，不同的命运”中国科学家最新发现揭示大象的演化过程

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嵌齿象生态复原图。 郭肖聪绘 中科院双古所供图

近日，一颗巨大的古象臼齿化石，让中国科学家得出惊人结论：这头1600万年前的古象，可能是迄今发现的世界上最早的草食性象类。在当时已经逐渐干旱化的新疆准噶尔盆地，象类迎来命运的分野：食草者赢！

这枚约18厘米长臼齿的主人，是一头施泰因海姆嵌齿象——当时地球上的近二十种嵌齿象之一。科学家普遍认为，嵌齿象属是现生象类的直系祖先。

哪一种嵌齿象最终进化出了现代象？答案可能就藏在象类非凡的牙齿上。它们的臼齿齿冠很高，由许多排列得非常密集的釉质齿板构成。这种结构使得象的臼齿如同巨大、耐磨损的磨盘，可以充分、有效地加工坚硬的草类。

因此，一个有趣的问题摆在研究者面前：象类是先进化出适合吃草的牙齿，还是先选择草作为它们的食物？研究者之一、中国科学院古脊椎动物与古人类研究所研究员王世骐说，这个问题在生物进化中“普遍存在”。对于大象来说，化石研究给出的答案是：先有了食草的行为，再有了食草的牙齿。

嵌齿象的臼齿化石 中科院双古所供图

此前，一项对东非地区象类化石的研究推断出，距今1000万年左右，象类可能已普遍取食草类，但它们食草牙齿的出现要等到500万年后。

中国科学家这项最新的研究，将象类吃草时间上限提高到了1600万年前。这头施泰因海姆嵌齿象的齿冠很低，磨盘状的臼齿完全没有成形，但它居然是一个纯粹的食草动物。

让施泰因海姆嵌齿象的“食谱”曝光的是一些微小的牙结石。中国科学院古脊椎动物与古人类研究所副研究员吴妍在显微镜下发现了牙结石中有植硅体的存在。植硅体广泛存在于各种类型的植物之中，是一种含水非晶态二氧化硅颗粒，形态稳定，容易保存。科学家可以从其形态推断出它们来自哪一种植物。

吴妍说，在这头古象的臼齿牙结石中，所有的植硅体竟然都是来自草类。“因此，施泰因海姆嵌齿象是一个严格的食草者，这一结果也与稳定同位素的方法及牙微磨痕方法得到的结论一致。”

花粉也提供了佐证。中国科学院古脊椎动物与古人类研究所副研究员周新郢分析地层中的花粉数据，发现当时新疆准噶尔盆地植被以草原为主，并逐渐出现干旱化趋势。

“这或许成为施泰因海姆嵌齿象以草为食的先决条件。”吴妍说。

化石牙结石取样 中科院双古所供图

有时，生命的进化是一场“猫捉老鼠”的游戏。为了活下去，禾本科植物比树叶更难让植食动物下咽，造成植食动物的牙齿过度磨损；另一方面，植食动物也进化出了更有效的牙齿，以处理被植硅体“武装”得日益坚硬的草本植物。

可以想象，没有臼齿去吃草，是一个相当痛苦的过程，施泰因海姆嵌齿象却是一位“特立独行”者。与此同时，准噶尔盆地的生态空间中还存在它的“近亲”——间型嵌齿象。后者的牙结石中也发现了植硅体的存在，但这些植硅体大部分属于嫩枝、嫩叶等非草类植物，属于草类植物的只占一小部分。

中国科学院古脊椎动物与古人类研究所的研究者们还通过复杂的计算，建立了17种嵌齿象与后来现代象的系统演化关系。结果不出意料地证明：施泰因海姆嵌齿象正是嵌齿象中与现代象在系统发育上最接近的种类。换句话说，它进化出了今天人们所看到的各种象类。

这意味着，在地球最初的草原生态出现的时候，施泰因海姆嵌齿象积极扩展自身的生存空间，选择以不太舒适的草类为食，它的臼齿形态也逐步发生了改变，最终可以完全适应以草为食，从而得以延续至今。

另一方面，在晚中新世大范围的干旱环境到来之时，间型嵌齿象无可奈何地走向了灭绝。“坎坷的进化路上，食性的选择可能起到了关键的作用。”吴妍说。

施泰因海姆嵌齿象的故事也说出了进化论的复杂性——推动生物螺旋式进化的，会不会也包括物种有意识的选择？王世骐说，两种嵌齿象的命运为动物行为演化引领形态演化的新思路提供了“绝佳佐证”。

这只勇于突破的大象为自己赢得了“远大前程”：象群成为新生代晚期非常繁荣的种类，在冰河期的北方大草原上，猛犸象的身影一度成为那个严酷时代的象征，它们的故事今天还在延续。

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