云南昭通水塘壩始熊貓生態(tài)復原：右側個(gè)體顯示偽拇指抓握功能，左側個(gè)體顯示步行姿態(tài)。 Mauricio Antón 繪圖
中新網(wǎng)北京7月1日電 (記者 孫自法)屬于食肉目的大熊貓為什么只吃竹子？它熟練的抓握竹子絕技是如何起源演化而來(lái)？這些問(wèn)題不僅學(xué)界關(guān)注，大眾也頗為好奇。
中科院古脊椎所鄧濤研究員在北京接受采訪(fǎng)，介紹大熊貓食性起源演化最新研究成果。 中新社記者 孫自法 攝
大熊貓食竹歷史可追溯到600萬(wàn)年前
中國科學(xué)院古脊椎動(dòng)物與古人類(lèi)研究所(中科院古脊椎所)客座研究員、美國洛杉磯自然歷史博物館研究員王曉鳴和中科院古脊椎所研究員鄧濤、中科院昆明動(dòng)物所研究員吉學(xué)平與科研同行合作，最新完成對采自云南昭通水塘壩晚中新世(距今約700萬(wàn)年-600萬(wàn)年)遺址始熊貓的關(guān)鍵化石——偽拇指(也稱(chēng)第六指)和臼齒化石的研究發(fā)現，始熊貓具有最早的增大的橈側籽骨，已經(jīng)形成對握的拇指功能。
不過(guò)，自中新世晚期以來(lái)，熊貓的拇指沒(méi)有進(jìn)一步增大，因為其在抓握竹子的同時(shí)還必須兼顧蹠行式(前后腳掌接觸地面)走路的承重功能，不可偏廢任何一方。這一分擔體重的限制可能是熊貓的偽拇指從未演化成完整手指的主要原因，但這種簡(jiǎn)陋的拇指表明，大熊貓專(zhuān)門(mén)吃竹子的習性至少在距今600萬(wàn)年前就已經(jīng)起源。
這項古生物研究重要成果論文，北京時(shí)間6月30日夜間在國際學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)報告》上線(xiàn)發(fā)表，為早于晚更新世的始熊貓-大熊貓譜系演化提出重要化石證據，也為回答始熊貓是否已經(jīng)開(kāi)始吃竹子、偽拇指能否幫助熊貓抓握竹竿等提供關(guān)鍵證據。
大熊貓(A，C)和始熊貓(B，D)偽拇指的解剖結構及抓握示意圖。 中科院古脊椎所 供圖
大熊貓偽拇指絕技最著(zhù)名最神秘
論文共同作者鄧濤研究員在論文發(fā)表當天接受中新社記者專(zhuān)訪(fǎng)時(shí)科普介紹說(shuō)，屬于食肉目的大熊貓是熊科中一個(gè)高度特化的成員，它已演變成一種專(zhuān)注的植食性動(dòng)物。大熊貓與其同門(mén)兄弟不同，因為它有許多絕技，使其能夠適應于專(zhuān)門(mén)吃竹子的生活。
在這些絕技中，大熊貓額外的拇指可以說(shuō)是最著(zhù)名但也最神秘。除了大多數哺乳動(dòng)物前肢上正常的五個(gè)手指外，大熊貓還有一個(gè)強烈增大的手腕部骨骼即橈側籽骨，充當第六個(gè)手指，形成可以對握的拇指來(lái)抓住竹子。
大熊貓的偽拇指很早就吸引博物學(xué)家的注意，近幾十年來(lái)，得益于著(zhù)名進(jìn)化生物學(xué)家斯蒂芬·古爾德(Steven J. Gould)推介，大熊貓獲得對握的拇指狀結構已成為一個(gè)著(zhù)名的進(jìn)化適應例證，這種獨特的解剖結構與同樣獨特的吃竹子習性之間的獨特聯(lián)系引發(fā)關(guān)注。
鄧濤指出，盡管大熊貓的偽拇指非常有名，但要搞清楚偽拇指的來(lái)龍去脈，化石是最重要的證據，之前的最早記錄僅發(fā)現于貴州雙河洞約10.2萬(wàn)-4.9萬(wàn)年前的晚更新世沉積物中。如果抓握竹子是這一特征的主要功能，由于哺乳動(dòng)物的籽骨在發(fā)育中很容易伸長(cháng)，那為什么大熊貓沒(méi)有演化出一個(gè)更細長(cháng)的橈側籽骨，一種更像真正的對握型拇指的籽骨，以便更有效地抓握竹子？之前這個(gè)問(wèn)題沒(méi)有得到解答，因為在早于晚更新世的始熊貓-大熊貓譜系中缺乏相關(guān)的化石證據。
大熊貓(B，D，E)與原始熊類(lèi)(A)和人類(lèi)(C)手部的對比。 中科院古脊椎所 供圖
大熊貓抓握與人類(lèi)抓握有根本不同
鄧濤說(shuō)，本項研究基于2015年研究團隊在云南昭通盆地晚中新世水塘壩地點(diǎn)始熊貓偽拇指和臼齒化石的新發(fā)現，依據始熊貓已知最早的增大的橈側籽骨，其偽拇指顯示出中間形態(tài)，首次記錄了熊貓向取食竹子演化的可能時(shí)間和步驟。
在食肉動(dòng)物中，熊科動(dòng)物的臼齒最為復雜，因為它們還要咀嚼大量非肉類(lèi)食物。而在熊科動(dòng)物中，熊貓的牙齒模式最為精細，褶皺出許多非常明顯的齒尖，在強健的下頜骨和顳下頜關(guān)節協(xié)助下，有利于嚼碎堅硬的竹子。始熊貓的牙齒形態(tài)已達到現代大熊貓的復雜程度，甚至更復雜。始熊貓是否已經(jīng)開(kāi)始吃竹子？能幫助抓握竹竿的偽拇指是另一個(gè)關(guān)鍵證據。
鄧濤指出，人類(lèi)及其靈長(cháng)類(lèi)近親最重要的特征之一，就是演化出能與其他手指對握的拇指來(lái)進(jìn)行精確的抓握，這不僅需要關(guān)節的靈活性，還需要屈肌和伸肌的復雜相互作用。
大熊貓的抓握與人類(lèi)的抓握有根本不同，其橈側籽骨通過(guò)固定關(guān)節與第一掌骨和舟月骨形成一個(gè)功能復合體，與其他掌骨聯(lián)動(dòng)，而不能夠像人類(lèi)拇指那樣獨立于其他手指運動(dòng)。這種被動(dòng)的抓握系統遠不如人類(lèi)的主動(dòng)抓握系統有效，但它足夠為大熊貓提供吃竹子所需的抓握能力。此外，從進(jìn)化的角度來(lái)看，即使橈側籽骨最初僅略微增大，也能形成簡(jiǎn)單但有用的抓握功能，適度防止竹子從手指上滑落。
現生大熊貓的橈側籽骨在靠近末端處有一個(gè)急劇內彎的鉤，其功能是靠單一骨骼形成的抓鉗。與人類(lèi)具有兩個(gè)指節的拇指形成對比的是，人類(lèi)拇指的末端一節可以彎曲以便于抓握。
大熊貓抓握和咀嚼竹子細節圖。 Sharon Fisher 攝
偽拇指演化兼顧抓握竹竿和承擔體重
鄧濤表示，始熊貓的橈側籽骨缺乏末端的彎鉤，表明其進(jìn)化過(guò)程分為兩步：偽拇指最初簡(jiǎn)單伸長(cháng)，后來(lái)出現更精細的末端彎鉤，同時(shí)伴隨著(zhù)末端的輕微縮短。無(wú)論是絕對長(cháng)度還是相對長(cháng)度，始熊貓的偽拇指都超過(guò)其現生后代，只是缺乏大熊貓的末端彎鉤。
這就提出了一個(gè)問(wèn)題，更長(cháng)的手指肯定會(huì )增強抓握竹竿的能力，那為什么熊貓的偽拇指沒(méi)有進(jìn)一步拉長(cháng)呢？
研究團隊認為，橈側籽骨沒(méi)有進(jìn)一步延伸，是偽拇指兼顧抓握竹竿和承擔體重之間的功能調和。與犬科、貓科和鬣狗等奔跑型食肉動(dòng)物的趾行式(前后腳趾著(zhù)地)不同，肥胖的熊科動(dòng)物都是蹠行式。強烈伸長(cháng)的橈側籽骨更有利于抓握竹子，但不可避免地與長(cháng)距離行走產(chǎn)生沖突，從而損害偽拇指內表面用于抓取和外表面用于承重的雙重功能。任何橈側籽骨的進(jìn)一步增大都會(huì )導致更顯著(zhù)地突出于掌面，從而對行走產(chǎn)生干擾，通俗地說(shuō)，就是會(huì )硌腳。
因此，現生大熊貓通過(guò)偽拇指末端向內急劇彎曲成鉤狀和外側變平來(lái)均衡功能間的相互沖突。在現生熊科動(dòng)物中，只有大熊貓有一個(gè)大的肉質(zhì)墊來(lái)緩沖橈側籽骨，表明這種骨骼的承重功能很重要。
由于棲息地竹子非常豐富，大熊貓不需要每天長(cháng)途跋涉去尋找食物，因而吃得多、吃得快是更重要的事。熊貓用牙齒撕裂竹竿時(shí)，緊緊抓住竹竿可能是偽拇指最有用的功能。竹竿非常堅硬，尤其是冬季完全變?yōu)槟举|(zhì)時(shí)，需要熊貓的雙手有相當大的握力來(lái)扭轉和拉拽，以便與下巴配合進(jìn)行有力的啃咬和撕裂。因為抓緊竹竿比一把抓住更多的竹子對熊貓來(lái)說(shuō)更重要，所以演化上對偽拇指長(cháng)度沒(méi)有太強要求。
熊貓家族偽拇指和臼齒與食竹習性的演化關(guān)系。 中科院古脊椎所 供圖
偽拇指是有效采集竹子的關(guān)鍵適應
鄧濤認為，熊貓簡(jiǎn)陋的偽拇指很難用于采集熊科通常的雜食原料，如種子、堅果、漿果，甚至矮草等，這表明增大的橈側籽骨的唯一取食目標就是竹子，偽拇指是熊貓譜系中有效采集竹子的關(guān)鍵適應。盡管其消化系統似乎效率低下，但大熊貓大吃海吃的策略使其能夠成功擴展到華南和東南亞的大部分地區，并成為更新世大熊貓-劍齒象動(dòng)物群中的重要成員。
在中國的竹林深處，大熊貓安靜地吃它的竹子，過(guò)著(zhù)與世隔絕、獨來(lái)獨往的生活，遠離其食肉類(lèi)親戚們在食物鏈中的主導地位。
熊貓從廣泛的雜食性菜譜過(guò)渡到一心一意吃竹子，按理說(shuō)需要在解剖學(xué)、生理學(xué)以及遺傳學(xué)基礎上進(jìn)行多重改變。然而，即使經(jīng)過(guò)至少600萬(wàn)年專(zhuān)注于吃竹子的歷史，這些轉變仍然有限，主要集中在取食技能上，而大熊貓的消化系統仍然是食肉動(dòng)物的配置。
中新世晚期以后，熊貓家族的偽拇指沒(méi)有進(jìn)一步伸長(cháng)的事實(shí)表明，它們已獲得足夠的抓握力來(lái)對付竹子。這也就是說(shuō)，足夠抓緊一根竹竿或一把竹子，同時(shí)還能撐著(zhù)肥胖的身體行走，大熊貓演化出的偽拇指不長(cháng)不短正合適。鄧濤總結表示。(完)