嵌齒象生態(tài)復(fù)原圖。爾盆 郭肖聰繪
嵌齒象的臼齒化石
化石牙結(jié)石取樣
研究材料的地理位置、地層背景與嵌齒象屬的施泰系統(tǒng)發(fā)育樹(shù)（吳妍供圖）
嵌齒象屬牙結(jié)石中提取的植硅體類型與海綿骨針以及它們的數(shù)量百分比圖 （吳妍供圖）
嵌齒象屬牙微磨痕分析結(jié)果 （吳妍供圖）
嵌齒象屬碳、因海氧同位素分析結(jié)果 （吳妍供圖）
（神秘的姆嵌地球uux.cn報(bào)道）據(jù)中國(guó)科學(xué)院古脊椎動(dòng)物與古人類研究所：晚中新世（約1100萬(wàn)年）以來(lái)，全球氣候發(fā)生了大規(guī)模持續(xù)改變，齒象原先溫暖濕潤(rùn)氣候主導(dǎo)的化石森林生態(tài)系統(tǒng)日漸凋零，最終局限在熱帶的準(zhǔn)噶中中早期直系祖先部分地區(qū)；取而代之的是以禾本科植物為主體的草原生態(tài)系統(tǒng)，它們最終占據(jù)了陸地的爾盆大部分生態(tài)空間。
禾本科植物——可以理解為通常所說(shuō)的現(xiàn)萬(wàn)新世象類草——能夠在嚴(yán)酷的生存環(huán)境中脫穎而出非并是偶然事件，原因之一在于它們擁有一種秘密武器——植硅體。年前植硅體是施泰植物吸收可溶性二氧化硅后沉淀于植物內(nèi)部的含水非晶態(tài)二氧化硅顆粒。雖然植硅體可以存在于各種類型的因海植物之中，但在禾本科植物中，植硅體的數(shù)量異常龐大，由于植硅體具有非常高的硬度，使得植食動(dòng)物在取食禾本科植物中要付出牙齒過(guò)度磨損的具大代價(jià)，植物通過(guò)這種方法可以有效地使自身保全。
然而，生命的進(jìn)化是一場(chǎng)貓捉老鼠的游戲。植食動(dòng)物也決非束手無(wú)策，不少植食動(dòng)物進(jìn)化出了更加有效的牙齒，以處理被植硅體武裝得日益堅(jiān)硬的草本植物。例如，我們熟悉的象類就進(jìn)化出了非凡的牙齒，它們的臼齒齒冠很高，由許多排列得非常密集的釉質(zhì)齒板構(gòu)成，這種結(jié)構(gòu)使得象的臼齒如同巨大而耐磨損的磨盤，可以充分有效加工堅(jiān)硬的草類。因此，象類成為了新生代晚期非常繁榮的種類。它們可以適應(yīng)各種嚴(yán)酷的環(huán)境氣候，甚至在冰河期的北方大草原上也遍布著象類的身影（猛犸象）。
生物進(jìn)化中普遍存在先有雞還是福州美女上門預(yù)約（電話微信181-8279-1445）提供頂級(jí)外圍女上門，可滿足你的一切要求先有蛋的悖論。一個(gè)有趣的問(wèn)題是，象類是先進(jìn)化出適于吃草的牙齒，還是先選擇草作為它們的食物？2013年對(duì)東非地區(qū)象類化石的一項(xiàng)研究顯示，象類的牙齒進(jìn)化出現(xiàn)在的樣子大約是500萬(wàn)年，然而，通過(guò)分析牙齒釉質(zhì)中碳同位素的成分，可以推斷出，大約在1000萬(wàn)年左右的時(shí)候，象類可能已普遍取食草類。食草的行為居然比適于食草的牙齒要提前約500萬(wàn)年，這已經(jīng)在很大程度上刷新了研究者三觀。
然而，1000萬(wàn)年絕不是象類吃草時(shí)間的上限。在深處亞洲內(nèi)部的新疆準(zhǔn)噶爾盆地，中國(guó)科學(xué)院古脊椎研究所的研究者發(fā)現(xiàn)了大約1600萬(wàn)年前中中新世早期的象類直系祖先，施泰因海姆嵌齒象（Gomphotherium steinheimense）臼齒的化石，更加使人震驚的是，施泰因海姆嵌齒象雖然牙齒齒冠很低，磨盤狀的臼齒完全沒(méi)有成形，但它居然是一個(gè)純粹的食草動(dòng)物。
若說(shuō)研究者是如何揭開(kāi)施泰因海姆嵌齒象1600萬(wàn)年前進(jìn)食的隱私，這還是要?dú)w功于之前提到的植硅體。研究人員在施泰因海姆嵌齒象臼齒的牙結(jié)石中，發(fā)現(xiàn)了植硅體的存在，而這些植硅體，正是這些已成為化石的古代象類祖先生前進(jìn)食的植物所遺留下來(lái)的！植硅體非常堅(jiān)硬，雖然對(duì)于吃它們的動(dòng)物是嚴(yán)重的考驗(yàn)，但它們形態(tài)穩(wěn)定，容易保存。更重要的是，研究者能夠從它們的形態(tài)推斷出它們的母源植物。通過(guò)顯微觀察，研究者發(fā)現(xiàn)，施泰因海姆嵌齒象臼齒牙結(jié)石中，所有的植硅體竟然都是來(lái)自草類，沒(méi)有一個(gè)植硅體是屬于非草類的植物，因此，施泰因海姆嵌齒象已經(jīng)是一個(gè)嚴(yán)格的食草者，這一結(jié)果也與穩(wěn)定同位素的方法及牙微磨痕方法得到的結(jié)論一致。這要比它的后代進(jìn)化出適于食草的臼齒提前了1000萬(wàn)年以上，甚至在這個(gè)時(shí)期，地球上是以溫暖濕潤(rùn)的森林環(huán)境為主，大規(guī)模的草原還沒(méi)有出現(xiàn)。研究者進(jìn)一步研究了新疆準(zhǔn)噶爾盆地在中中新世的氣候環(huán)境演變，通過(guò)分析地層中的花粉數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)在中中新世的新疆準(zhǔn)噶爾盆地，氣候比其它地區(qū)提前出現(xiàn)了干旱化的趨勢(shì)，可能一些小范圍的草原在這里已經(jīng)出現(xiàn)，這或許就成為施泰因海姆嵌齒象以草為食的先決條件。
需要指出的是，施泰因海姆嵌齒象并非是當(dāng)時(shí)新疆準(zhǔn)噶爾盆地的唯一象類，與之同時(shí)發(fā)現(xiàn)的還有另一種間型嵌齒象（Gomphotherium connexum），間型嵌齒象的牙結(jié)石中也發(fā)現(xiàn)了植硅體的存在，然而，這些植硅體大部分都是屬于嫩枝嫩葉等非草類植物，屬于草類植物的植硅體只占據(jù)一小部分。因此可以推斷，雖然間型嵌齒象與施泰因海姆嵌齒象共同處于一片同一片大的生態(tài)空間中，它還是保留者從它祖先那里繼承來(lái)的傳統(tǒng)，以嫩枝嫩葉為食，對(duì)于新出現(xiàn)的草原生境，至多是淺嘗輒止，未敢深入。但它們未曾知道，彼此的命運(yùn)在那一時(shí)刻起，已經(jīng)發(fā)生了重大的分野。
學(xué)術(shù)界早已認(rèn)定，嵌齒象屬便是我們現(xiàn)生象類的祖先，但嵌齒象發(fā)現(xiàn)的種有將近二十種，哪一種嵌齒象最終進(jìn)化出了現(xiàn)代象，學(xué)術(shù)界一直沒(méi)有定論。為了解決象類食性與其演化的深刻內(nèi)涵，古脊椎所的研究者利用支序分析的辦法，建立了17種嵌齒象與后來(lái)現(xiàn)代象的系統(tǒng)演化關(guān)系。結(jié)果不出意料地證明，施泰因海姆嵌齒象正是嵌齒象中與現(xiàn)代象在系統(tǒng)發(fā)育上最接近的種類，正是施泰因海姆嵌齒象進(jìn)化出了現(xiàn)代仍然生活在我們世界上的幾種象類。而在它們坎坷的進(jìn)化道路上，食性的選擇可能起到了關(guān)鍵的作用。在最初的草原生態(tài)出現(xiàn)的時(shí)候，或許施泰因海姆嵌齒象便積極擴(kuò)展自身的身存空間，選擇以不太舒適的草類為食，它的臼齒形態(tài)也發(fā)生了逐步的改變，最終可以完全適應(yīng)以草為食，從而得以延續(xù)至今；而與它同時(shí)的近親，間型嵌齒象，由于停留在已經(jīng)適應(yīng)的嫩枝嫩葉的食物生態(tài)空間，不能對(duì)環(huán)境的變化做出及時(shí)的響應(yīng)，在晚中新世大范圍的干旱環(huán)境到來(lái)之時(shí)，無(wú)可奈何地走向了滅絕。可以說(shuō)，食性的選擇，正是對(duì)未來(lái)命運(yùn)的終極選擇，新疆準(zhǔn)噶爾盆地兩種中新世嵌齒象的食性研究為動(dòng)物行為演化引領(lǐng)形態(tài)演化的新思路提供了絕佳佐證。
5月16日相關(guān)成果在線發(fā)表在nature旗下期刊Scientific Reports上。該項(xiàng)研究獲得了國(guó)家自然科學(xué)基金、中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)、國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃和中國(guó)科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)項(xiàng)目的資助。
論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41598-018-25909-4
相關(guān)報(bào)道：中國(guó)科學(xué)家揭秘一只“特立獨(dú)行”的象
（神秘的地球uux.cn報(bào)道）據(jù)新華社昆明5月18日電（屈婷 許萬(wàn)虎）：一顆巨大的古象臼齒化石，讓中國(guó)科學(xué)家得出驚人結(jié)論：這頭1600萬(wàn)年前的古象，可能是迄今發(fā)現(xiàn)的世界上最早的草食性象類。在當(dāng)時(shí)已經(jīng)逐漸干旱化的新疆準(zhǔn)噶爾盆地，象類迎來(lái)命運(yùn)的分野：食草者贏！
這枚約18厘米長(zhǎng)臼齒的主人，是一頭施泰因海姆嵌齒象——當(dāng)時(shí)地球上的近二十種嵌齒象之一。科學(xué)家普遍認(rèn)為，嵌齒象屬是現(xiàn)生象類的直系祖先。
哪一種嵌齒象最終進(jìn)化出了現(xiàn)代象？答案可能就藏在象類非凡的牙齒上。它們的臼齒齒冠很高，由許多排列得非常密集的釉質(zhì)齒板構(gòu)成。這種結(jié)構(gòu)使得象的臼齒如同巨大、耐磨損的磨盤，可以充分、有效地加工堅(jiān)硬的草類。
因此，一個(gè)有趣的問(wèn)題擺在研究者面前：象類是先進(jìn)化出適合吃草的牙齒，還是先選擇草作為它們的食物？研究者之一、中國(guó)科學(xué)院古脊椎動(dòng)物與古人類研究所研究員王世騏說(shuō)，這個(gè)問(wèn)題在生物進(jìn)化中“普遍存在”。對(duì)于大象來(lái)說(shuō)，化石研究給出的答案是：先有了食草的行為，再有了食草的牙齒。
此前，一項(xiàng)對(duì)東非地區(qū)象類化石的研究推斷出，距今1000萬(wàn)年左右，象類可能已普遍取食草類，但它們食草牙齒的出現(xiàn)要等到500萬(wàn)年后。
中國(guó)科學(xué)家這項(xiàng)最新的研究，將象類吃草時(shí)間上限提高到了1600萬(wàn)年前。這頭施泰因海姆嵌齒象的齒冠很低，磨盤狀的臼齒完全沒(méi)有成形，但它居然是一個(gè)純粹的食草動(dòng)物。
讓施泰因海姆嵌齒象的“食譜”曝光的是一些微小的牙結(jié)石。中國(guó)科學(xué)院古脊椎動(dòng)物與古人類研究所副研究員吳妍在顯微鏡下發(fā)現(xiàn)了牙結(jié)石中有植硅體的存在。植硅體廣泛存在于各種類型的植物之中，是一種含水非晶態(tài)二氧化硅顆粒，形態(tài)穩(wěn)定，容易保存。科學(xué)家可以從其形態(tài)推斷出它們來(lái)自哪一種植物。
吳妍說(shuō)，在這頭古象的臼齒牙結(jié)石中，所有的植硅體竟然都是來(lái)自草類。“因此，施泰因海姆嵌齒象是一個(gè)嚴(yán)格的食草者，這一結(jié)果也與穩(wěn)定同位素的方法及牙微磨痕方法得到的結(jié)論一致。”
花粉也提供了佐證。中國(guó)科學(xué)院古脊椎動(dòng)物與古人類研究所副研究員周新郢分析地層中的花粉數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)當(dāng)時(shí)新疆準(zhǔn)噶爾盆地植被以草原為主，并逐漸出現(xiàn)干旱化趨勢(shì)。
“這或許成為施泰因海姆嵌齒象以草為食的先決條件。”吳妍說(shuō)。
有時(shí)，生命的進(jìn)化是一場(chǎng)“貓捉老鼠”的游戲。為了活下去，禾本科植物比樹(shù)葉更難讓植食動(dòng)物下咽，造成植食動(dòng)物的牙齒過(guò)度磨損；另一方面，植食動(dòng)物也進(jìn)化出了更有效的牙齒，以處理被植硅體“武裝”得日益堅(jiān)硬的草本植物。
可以想象，沒(méi)有臼齒去吃草，是一個(gè)相當(dāng)痛苦的過(guò)程，施泰因海姆嵌齒象卻是一位“特立獨(dú)行”者。與此同時(shí)，準(zhǔn)噶爾盆地的生態(tài)空間中還存在它的“近親”——間型嵌齒象。后者的牙結(jié)石中也發(fā)現(xiàn)了植硅體的存在，但這些植硅體大部分屬于嫩枝、嫩葉等非草類植物，屬于草類植物的只占一小部分。
中國(guó)科學(xué)院古脊椎動(dòng)物與古人類研究所的研究者們還通過(guò)復(fù)雜的計(jì)算，建立了17種嵌齒象與后來(lái)現(xiàn)代象的系統(tǒng)演化關(guān)系。結(jié)果不出意料地證明：施泰因海姆嵌齒象正是嵌齒象中與現(xiàn)代象在系統(tǒng)發(fā)育上最接近的種類。換句話說(shuō)，它進(jìn)化出了今天人們所看到的各種象類。
這意味著，在地球最初的草原生態(tài)出現(xiàn)的時(shí)候，施泰因海姆嵌齒象積極擴(kuò)展自身的生存空間，選擇以不太舒適的草類為食，它的臼齒形態(tài)也逐步發(fā)生了改變，最終可以完全適應(yīng)以草為食，從而得以延續(xù)至今。
另一方面，在晚中新世大范圍的干旱環(huán)境到來(lái)之時(shí)，間型嵌齒象無(wú)可奈何地走向了滅絕。“坎坷的進(jìn)化路上，食性的選擇可能起到了關(guān)鍵的作用。”吳妍說(shuō)。
施泰因海姆嵌齒象的故事也說(shuō)出了進(jìn)化論的復(fù)雜性——推動(dòng)生物螺旋式進(jìn)化的，會(huì)不會(huì)也包括物種有意識(shí)的選擇？王世騏說(shuō)，兩種嵌齒象的命運(yùn)為動(dòng)物行為演化引領(lǐng)形態(tài)演化的新思路提供了“絕佳佐證”。
這只勇于突破的大象為自己贏得了“遠(yuǎn)大前程”：象群成為新生代晚期非常繁榮的種類，在冰河期的北方大草原上，猛犸象的身影一度成為那個(gè)嚴(yán)酷時(shí)代的象征，它們的故事今天還在延續(xù)。
相關(guān)報(bào)道：新疆發(fā)現(xiàn)世界最早草食性象類化石
（神秘的地球uux.cn報(bào)道）據(jù)人民網(wǎng)（李曉青）：近期，科研人員在對(duì)上世紀(jì)90年代出土于新疆的象類臼齒化石進(jìn)行研究后，發(fā)現(xiàn)了1600萬(wàn)年前草類的植硅體，由此得出該研究樣本是世界最早的草食性象類。
17日，本次研究的參與者之一、中國(guó)科學(xué)院古脊椎動(dòng)物與古人類研究所副研究員吳妍通過(guò)電話告訴記者，這次研究樣本有六個(gè)，發(fā)現(xiàn)于新疆準(zhǔn)噶爾盆地東北部富蘊(yùn)縣，其中2個(gè)樣本是1600萬(wàn)年前中中新世早期的象類直系祖先——施泰因海姆嵌齒象臼齒的化石。
研究人員在施泰因海姆嵌齒象臼齒的牙結(jié)石中，發(fā)現(xiàn)植硅體的存在。通過(guò)顯微觀察發(fā)現(xiàn)，施泰因海姆嵌齒象臼齒牙結(jié)石中，所有的植硅體都來(lái)自草類，沒(méi)有一個(gè)是屬于非草類的植物。
“2013年對(duì)東非地區(qū)象類化石的一項(xiàng)研究顯示，大約在1000萬(wàn)年前的時(shí)候，象類可能已普遍取食草類。”吳妍說(shuō)，這次研究的樣本來(lái)自1600萬(wàn)年前，它將象類吃草時(shí)間提前約600萬(wàn)年，是世界上最早的草食性象類。
吳妍表示，植硅體非常堅(jiān)硬，對(duì)于吃它們的動(dòng)物是嚴(yán)重的考驗(yàn)，但它們形態(tài)穩(wěn)定，容易保存。更重要的是，研究者能夠從它們的形態(tài)推斷出它們的母源植物。施泰因海姆嵌齒象已經(jīng)是一個(gè)嚴(yán)格的食草者，這一結(jié)果也與穩(wěn)定同位素的方法及牙微磨痕方法得到的結(jié)論一致，這要比它的后代進(jìn)化出適于食草的臼齒提前了1000萬(wàn)年以上。
在確定世界最早草食性象類之后，研究者進(jìn)一步研究了準(zhǔn)噶爾盆地在中中新世的氣候環(huán)境演變，通過(guò)分析地層中的花粉數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)在中中新世的新疆準(zhǔn)噶爾盆地，氣候比其它地區(qū)提前出現(xiàn)了干旱化趨勢(shì)，一些小范圍的草原在這里已經(jīng)出現(xiàn)，這或許就成為施泰因海姆嵌齒象以草為食的先決條件。
據(jù)悉，5月16日相關(guān)研究成果已在線發(fā)表在Nature旗下期刊《Scientific Reports》。該項(xiàng)研究獲得了國(guó)家自然科學(xué)基金、中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)、國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃和中國(guó)科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)項(xiàng)目的資助。
延伸閱讀
施泰因海姆嵌齒象是現(xiàn)代象祖先
禾本科植物也就是我們通常所說(shuō)的草類，它們能夠在嚴(yán)酷的環(huán)境生活下來(lái)之一就是擁有一種秘密武器——植硅體。由于植硅體具有非常高的硬度，使得植食動(dòng)物在取食禾本科植物中要付出牙齒過(guò)度磨損的巨大代價(jià)，植物通過(guò)這種方法可以有效地使自身保全。
吳妍說(shuō)，不少植食動(dòng)物進(jìn)化出了更加有效的牙齒，以處理被植硅體武裝得日益堅(jiān)硬的草本植物。例如，我們熟悉的象類就進(jìn)化出了非凡的牙齒，它們的臼齒齒冠很高，由許多排列得非常密集
的釉質(zhì)齒板構(gòu)成，這種結(jié)構(gòu)使得象的臼齒如同巨大而耐磨損的磨盤，可以充分有效加工堅(jiān)硬的草類。因此，象類成為了新生代晚期非常繁榮的種類。它們可以適應(yīng)各種嚴(yán)酷的環(huán)境氣候，甚至在冰河期的北方大草原上也遍布著象類的身影（猛犸象）。
而在1600 萬(wàn)年前的新疆準(zhǔn)噶爾盆地，施泰因海姆嵌齒象并非是唯一象類，與之同時(shí)發(fā)現(xiàn)的還有另一種間型嵌齒象。吳妍說(shuō)，間型嵌齒象的牙結(jié)石中也發(fā)現(xiàn)了植硅體的存在，然而，這些植硅體
大部分都是屬于嫩枝嫩葉等非草類植物，屬于草類植物的植硅體只占一小部分。因此可推斷，雖然間型嵌齒象與施泰因海姆嵌齒象共同處于一片大的生態(tài)空間中，它還是保留著從它祖先那里繼
承來(lái)的傳統(tǒng)，以嫩枝嫩葉為食，對(duì)于新出現(xiàn)的草原環(huán)境，至多是淺嘗輒止，未敢深入。但它們未曾知道，彼此的命運(yùn)在那一時(shí)刻起，已經(jīng)發(fā)生了重大的分野。
學(xué)術(shù)界早已認(rèn)定，嵌齒象屬是現(xiàn)代生活在世界上象類的祖先，但嵌齒象發(fā)現(xiàn)的種有將近二十種，哪一種嵌齒象最終進(jìn)化出了現(xiàn)代象，學(xué)術(shù)界一直沒(méi)有定論。
中國(guó)科學(xué)院古脊椎動(dòng)物與古人類研究所研究員王世騏說(shuō)，為了解決象類食性與其演化的深刻內(nèi)涵，研究人員建立了17種嵌齒象與后來(lái)現(xiàn)代象的系統(tǒng)演化關(guān)系。結(jié)果不出意料地證明，施泰因海姆嵌齒象正是嵌齒象中與現(xiàn)代象在系統(tǒng)發(fā)育上最接近的種類，正是施泰因海姆嵌齒象進(jìn)化出了現(xiàn)代仍然生活在我們世界上的幾種象類。而在它們坎坷的進(jìn)化道路上，食性的選擇可能起到了關(guān)鍵的作用。
王世騏認(rèn)為，在最初的草原生態(tài)出現(xiàn)的時(shí)候，或許施泰因海姆嵌齒象便積極擴(kuò)展自身的生存空間，選擇以不太舒適的草類為食，它的臼齒形態(tài)也發(fā)生了逐步的改變，最終完全適應(yīng)以草為食，從而得以延續(xù)至今；而與它同時(shí)的近親，間型嵌齒象，由于停留在已經(jīng)適應(yīng)的嫩枝嫩葉的食物生態(tài)空間，不能對(duì)環(huán)境的變化做出及時(shí)的響應(yīng)，在晚中新世大范圍的干旱環(huán)境到來(lái)之時(shí)，無(wú)可奈何地走向了滅絕。
食性的選擇，正是對(duì)未來(lái)命運(yùn)的終極選擇，新疆準(zhǔn)噶爾盆地兩種中新世嵌齒象的食性研究，為動(dòng)物行為演化引領(lǐng)形態(tài)演化的新思路提供了絕佳佐證。
作者:時(shí)尚
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