复杂的牙齿结构帮助大熊猫在生存竞争中胜出

2019-11-11 16:16 来源:和讯科技

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记者赵汉斌

大熊猫是中国受欢迎的标志性物种。它最突出的习惯是以竹子为食。然而,整株竹子富含难消化的坚韧纤维。即使是有大量肠道细菌的偶蹄类反刍动物也不以竹子为食。你知道,大熊猫的祖先是食肉动物。在以竹子为主食的进化过程中,变化一点也不小。最重要的是牙齿结构的变化。

普通人很少详细了解“国宝”大熊猫的牙齿。事实上,它的结构极其复杂。每颗臼齿都长满了肿瘤和小齿尖,这与其他熊大不相同。由于这种差异,大熊猫齿尖与齿脊和其他熊之间的同源性一直令人困惑。

近日,中国科学院脊椎动物古生物学与古人类学研究所博士研究生蒋作歧高,通过祖先追溯,对晚中新世大熊猫的直接祖先陆丰原始熊猫——和现代熊的祖先戴祖雄——进行了详细的研究和比较。在这两座桥的帮助下,研究人员建立了一个严格的大熊猫牙齿同源系统,并在此基础上,提出了熊牙齿术语的建议。

通过对云南禄丰晚中新世南方古猿地层中发现的大熊猫化石的研究和分析,科学家发现,早在800万年前的晚中新世,在中国云南禄丰热带潮湿森林的边缘,大熊猫的祖先,——始祖鸟熊猫,是最早由假熊进化而来的食肉熊猫,其个体就像一只肥胖的狐狸。如果说“考古熊猫”被认为是中国土地上的第一只大熊猫,那么大熊猫在中国土地上的出现早于人类。

戴祖熊是一只大祖熊,在大小和比例上介于灭绝的黄鼠狼熊和现在的黑熊之间。它的鼻子又短又宽,矢状脊向后变得非常高,并延伸到枕骨表面。与面部相比,大脑的颅部显得相当狭窄,听泡呈三角形,外耳道呈短管状,下颌骨较厚,前臼齿退化成纽扣,颊齿上的珐琅质褶皱很弱。

在古代中国,大熊猫被命名为貘、白豹、禹等。从200多万年前再生世界的早期到100万年前再生世界的中后期,大熊猫在我国的南半部广泛分布,形成了大熊猫剑齿虎动物群。今天,这种动物的许多物种已经灭绝,而大熊猫却一直活着,这与大熊猫的进化机制密切相关。大熊猫在动物进化史上是杰出的。大熊猫在生存竞争中获得了成功。这就是大熊猫被称为“活化石”的原因。

通过详细的同源性研究,江左奇重新审视了一些特征在熊进化中的地位,为今后整个熊科的系统发育研究奠定了基础。他发现熊的P4内叶的尖端不同于大多数食肉动物,它的主要尖端是次尖端而不是原始尖端。早在渐新世,一种熊的原尖塔就开始退化。从中新世到现代熊,除了大熊猫,大多数成员只有次级尖塔。由于对植食性的适应,大熊猫的牙齿结构趋于复杂。最初的尖端在早期的郊区熊猫和陆丰始祖鸟熊猫中重新出现,并在大熊猫中进一步发展。因此,它的牙齿既有原始齿尖,也有次齿尖。

过去,人们一度认为印度熊和大熊猫一样,有着双重的原始提示。它的两个齿尖都来自次齿尖。因此,这一特征不应作为印度熊和大熊猫牙齿结构的共同特征。牙齿同源结构建立后,研究人员对过去分类地位未知或有争议的一些物种的进化位置也有了新的认识。国际期刊《古生物学学报》的最新一期在线发表了这一有趣的研究结果。

值得一提的是,今年2月,中国科学院金属研究所材料疲劳与断裂实验室的一个研究小组也首次发现大熊猫牙齿可以自我修复。该实验室的刘增干博士称,大熊猫牙齿的矿物质像树木一样垂直紧密排列,从而形成珐琅的“固体森林”,而有机物则填充在“矿物树”之间的微小空隙中。釉质的变形、损伤和自动修复是通过微小的间隙在显微镜下实现的。这种天然有机物在水合条件下会膨胀,导致聚合物链柔韧性提高、玻璃化转变温度降低等转化现象,从而实现搪瓷的自修复。熊猫唾液中的水分子可以在促进自我修复方面发挥重要作用。该研究为大熊猫早期对环境的超适应性提供了证据,也为新型仿生材料的研发提供了新思路,在人牙匹配仿生复合义齿材料、高强高导电接触材料等方面的研究取得了新进展。