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科学家通过计算机模拟提出洞熊灭绝全新观点

时间:2020-05-07 09:29:03

大部分人可能听说过冰河时期惊心动魄的灭绝事件中,亚欧大陆猛犸长毛象、披毛犀、大角鹿等巨型动物群的消亡事件,但对体宽1.7米、身长3.5米、体重超过一吨的洞熊却不一定很熟悉。

洞熊(学名Ursus spelaeus)是一种在更新世生存于亚欧大陆北部的熊,约2万年前灭绝,因其化石多在洞穴内发现,故命名为“洞熊”。在很多著名的洞穴中,几乎都发现过洞熊的整副骨骼化石。在我国北京周口店也曾有发现,它与巨型短面熊同为更新世的两大巨熊。

洞熊到底吃素还是肉食动物,这种庞然大物的“食谱”与其灭绝有什么关系,科学界却一直众说纷纭。在近40年间,通过对洞熊骨骼中氮-15水平的研究,有科学家认为它们嗜好嫩草、草根、草莓类植物,是食草动物;也有科学家认为,它们也会猎食一些动物,甚至包括当时的人类,应该是肉食动物。近日,著名国际期刊《科学进展》发表论文称,科学家通过计算机模拟,对洞熊饮食习惯给出了生物力学解释,通过咀嚼运动与头骨发育的关系,提出了“咀嚼导致鼻窦等系统功能退化,进而让头骨变小,可能导致洞熊灭绝”的全新观点。

观点一 因气温下降导致植物枯萎而饿死

3年前,德国图宾根大学的内藤佑一研究发现,洞熊骨骼中氮-15含量较低,拥有强壮的颌骨、大而平的牙齿,居住地周围只生长密集的植被。这一切都表明,洞熊是草食动物。而这种特殊的饮食结构,正是洞熊在2万多年前灭绝的原因。

那时,气温急剧下降,植被大面积枯萎,使洞熊失去了赖以生存的食物。学者的研究认为,由于洞熊的食物非常单一,为了满足身体所需,它必须大量进食。与每天必须饱餐40公斤竹子的熊猫相比,洞熊的食量有过之而无不及,营养转化率非常低。但相反,棕熊是一种杂食动物,骨头内氮含量较高,它们的食谱包涵水果、蜂蜜、鱼等,丰富的饮食结构使它对环境的适应性更强,从而能广泛分布。这一观点也得到广泛认同。

观点二 为争夺洞穴与人类火拼被赶尽杀绝

在欧洲中部的喀尔巴阡山脉,科学家们发现的洞熊骨头表明,洞熊完全不是人们之前想像的温和模样,它们拥有巨大的牙齿、剃刀般锋利的巨爪,是一种性情非常凶猛的食肉动物,甚至还吃人。科学家们通过分析近年在此山脉西南角发现的洞熊骨头的数据表明,绝大多数洞熊体内的氮-15含量很多,超过众多食草动物。这表明这些洞熊个体是吃肉的,是典型的肉食动物,它们不仅与人类争夺洞穴,还捕食土狼、灰狼、洞狮和鱼。

2019年12月,《科学报告》杂志发表了欧洲科学家的一项演化学研究报告称,洞熊种群大约从4万年前开始急剧减少,这个时间点早于气候变冷时期,而与现代人类在欧洲扩散的时间重合。寒冷气候以及之后的植物来源食物减少,可能导致洞熊种群分散成不同的亚种群,这些亚种群生活在气候较为温和且植物丰富多样的小型栖息地。人类包括捕猎在内的各种行为,可能打断了这些亚种群之间的联系,从而在洞熊的灭绝中发挥了决定性影响。

与此相映衬的观点早已出现在2008年的《美国国家科学院学报》杂志上,一个由美国、英国和德国等国科学家组成的国际研究小组,公布了他们的发现——洞熊是人类祖先最强劲的对手之一。人类祖先凭借着智慧,破坏了这些凶猛动物的居住环境,将它们逐出洞穴,赶往深山。有证据表明,一些洞穴曾经被古人类和洞熊类交替占领过。并由此推测,当时人类趁洞熊冬眠期间,杀死或赶走那些萎靡不振的熊类;而春季到后,冬眠苏醒、腹中饥饿的洞熊又会袭击人类并夺回洞穴。这样周而往复的火拼,智力稍强的人类最终夺取了洞穴,并将它们赶尽杀绝。

最新观点 咀嚼能力变弱不能吃肉而“长睡不醒”

而法国和比利时研究人员则通过分析洞熊的牙齿发现,洞熊是一种杂食动物,相对食草动物,食肉动物在进食过程中,会在体内不断积累更多的氮。再者,黑熊和棕熊都是杂食动物,这表明,尽管洞熊大多数情况下可能以草食为主,但有时候它们也会尝尝荤腥。

德国波茨坦大学的阿克塞尔·巴洛等人曾分析过4只生活在7.1万年至3.4万年前的洞熊基因组序列, 并将其与其它动物的基因组序列进行比较,还对其牙釉上的划痕和斑点进行了分析,以判断其食物构成。研究人员在《美国国家科学院学报》上介绍,他们发现洞熊并不是吃素的,在进入冬眠之前,洞熊的食物种类可谓丰富多彩,其中包括禽类和哺乳动物、无脊椎动物、种子以及各类干果和鲜果。它也会像绝大多数的杂食动物一样,在储存了足够的能量后才会进入冬眠。

《科学进展》发表的最新观点认为,洞熊灭绝的原因,并不是与人类的竞争,而是因为洞熊鼻子进化出特殊结构。来自西班牙马拉加大学的研究团队通过计算机模拟分析了洞熊的进食情景,以确定在植被资源有限的情况下,洞熊可否有效地调整它们的饮食,从而解释欧洲洞熊为何在气候变化时期灭绝。

研究团队扫描了4只洞熊和8只现生棕熊的头骨,比对发现洞熊的鼻窦出奇地大,而鼻窦直接影响了咀嚼方式、力度和幅度。因鼻窦变大,洞熊面颅骨和头盖骨出现变形,原本圆形的头顶变得扁平,而且不断向后延伸,犬齿、门齿的咬合力也因此变弱。随着时间推移,它们无法使用门齿和犬齿将肉食撕裂食用,只能依靠臼齿将植物研磨碎吞咽。因此当草不够吃的时候,它们也就无法转而以肉类为食。

洞熊为何会演化出大鼻窦?在寒冷的冰期,洞熊一年中冬眠的时间要长于其它熊科动物,大鼻窦有助于降低冬眠时的消耗。鼻窦是颅骨内的空腔,一共有四对,左右对称,可以对吸入鼻腔空气的温度和湿度进行调节,这对洞熊冬眠非常重要。

论文作者之一的西班牙马拉加大学古生物学家亚历杭德罗·佩雷斯·拉莫斯解释称,为了适应环境,洞熊演化出了大鼻窦。有了大鼻窦,它们就能在寒冬里通过冬眠减少能量消耗,从而渡过食物供给不足的冬天。但也是因为有了大鼻窦,它们的咀嚼能力受到影响,只能以草为食,根本吃不了肉。当植被因为寒冷而无法生长时,洞熊无法通过改变饮食来维系生存,尤其是在冬眠前,因未能摄入足够的能量,很可能因此耗尽脂肪而“长睡不醒”,最后导致整个物种的灭绝。

当然,关于洞熊的鼻窦结构,还需要更多的研究证据。相信随着科学家们掌握的科学发现越来越多,洞熊到底是素食动物还是杂食动物,以及洞熊灭绝之谜最终将大白于天下。(记者 赵汉斌)

来源: 科技日报 编辑: FN008
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