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復雜牙齒結構助熊貓成生存競爭贏家

2019-11-11 科技日報 趙漢斌
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  大熊貓人見人愛,是我國的標志性物種,它最顯著的習性是以竹子為主食。然而竹子全株上下富含堅韌的纖維,很難消化,即使是擁有大量腸道菌的偶蹄目反芻類動物,也沒有以竹子為主食的。要知道,大熊貓的祖先是一種食肉動物,在通往以竹子為主食的演化道路上,發生的改變可不是一點半點,其中最顯著的就是牙齒結構的變化。

  常人很少去細究“國寶”大熊貓的牙齒什么樣,其實它的結構極其復雜,每個臼齒都布滿瘤突和小尖,和其他熊類存在巨大的差別。由于這種差異,大熊貓牙齒齒尖與齒嵴和其他熊類的同源性一直讓人疑惑不已。

  近日,中國科學院古脊椎動物與古人類研究所博士研究生江左其杲借助祖先追索的方法,詳細研究對比了大熊貓在晚中新世的直系祖先——祿豐始熊貓和現代熊類的祖先——戴氏祖熊。借助這兩個橋梁,研究人員得以建立起嚴格的大熊貓—熊類牙齒同源體系,并以此為基礎提出了熊類牙齒術語的建議。

  通過對云南祿豐晚中新世古猿地層中發現的大熊貓化石進行研究分析,科學家發現,早在800萬年前的晚中新世,中國云南祿豐等地的熱帶潮濕森林的邊緣,就生活著大熊貓的祖先——始熊貓,這是一種由擬熊類演變而成的以食肉為主的最早的熊貓,個體猶如一只較肥胖的狐貍。如果“始熊貓”被認為是中國土地上的第一只大熊貓,則大熊貓比中國土地上人類出現得還要早。

  而戴氏祖熊是一種大型的祖熊,在體型、比例上介于絕滅的小鼬熊和現生的黑熊之間。它的吻部短而寬,矢狀嵴向后變得非常高,并延伸至枕面之后,與面部相比,腦顱部顯得相當窄,聽泡在形態上為三角形,具有短的管狀外耳道,下頜骨粗壯,前臼齒退化成紐扣狀,頰齒上的釉質褶皺很微弱。

  在我國古代,大熊貓的名稱有貘、白豹、虞等。在200多萬年前的更生世早期到100萬年前的更生世中晚期,大熊貓已經廣布于我國南半部,組成了大熊貓—劍齒象動物群;今天這個動物群的許多物種已經絕滅,而大熊貓卻一直活下來,這與大熊貓的演化機制密不可分。在動物進化史上,大熊貓是佼佼者;在生存競爭中,大熊貓是成功者。因此大熊貓才被稱作“活化石”。

  通過詳細的同源性研究,江左其杲重新審視一些特征在熊類演化中的地位,并為將來研究整個熊科的系統發育打下了基礎。他發現,熊類的P4內葉的齒尖和其他多數食肉目不同,其主要的尖為次尖而非原尖。原尖早在漸新世的一種熊類中就已經開始退化,在中新世到現代的熊類中,大部分成員都只有次尖,而大熊貓卻是例外。由于適應植食性,大熊貓的牙齒結構趨于復雜化,原尖在早期的郊熊貓和祿豐始熊貓中再次出現,并在大熊貓中進一步發展,因此其牙齒同時具有原尖和次尖。

  過去曾經被認為和大熊貓一樣具有雙分原尖的印度熊,它的2個齒尖都來自于次尖,因此這一特征不宜再作為印度熊和大熊貓牙齒結構的共同特征。在建立起牙齒同源結構后,研究人員也對一些過去分類地位不明或有爭議的物種的演化位置有了新的認識。最新一期國際期刊《古生物學學報》在線發表了這一令人關注的研究成果。

  值得一提的是,今年2月,中國科學院金屬研究所材料疲勞與斷裂實驗室的一個研究團隊,還首次發現了大熊貓牙齒能夠實現自修復。據該實驗室劉增乾博士介紹,大熊貓牙齒的礦物質像樹木一樣垂直緊密地排列,從而形成牙釉質的“堅固森林”,而有機質則填充在“礦物質樹”之間微小的縫隙中,牙釉質的變形、損傷與自動回復,微觀上都是通過這種微小的縫隙實現。這種天然有機質在水合條件下會發生溶脹,進而發生高分子鏈柔性提高、玻璃化轉變溫度降低等轉變現象,從而實現牙釉質的自修復,而熊貓唾液中的水分子能夠對自修復效應起到顯著的促進作用。這一研究,為早期大熊貓擁有超強的環境適應能力提供了佐證,也為新型仿生材料研發提供了新思路,并在人牙匹配型仿生復合義齒材料、高強高導電接觸材料等方面研究取得新進展。

打印 責任編輯:侯茜

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