大熊貓食性演化及棲息地退縮的最新研究成果

2025-12-10 05:59:34 分類：時(shí)尚 閱讀(6)

大熊貓食性演化及棲息地退縮的最新研究成果
（神秘的地球uux.cn報(bào)道）據(jù)中國科學(xué)院動(dòng)物研究所動(dòng)物生態(tài)與保護(hù)生物學(xué)院重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室：食物是動(dòng)物賴以生存與繁衍的物質(zhì)基礎(chǔ)，也是貓食聯(lián)系動(dòng)物與其生存環(huán)境之間的重要紐帶。傳統(tǒng)的性演動(dòng)物食性研究方法主要依賴野外直接觀察和分析動(dòng)物排泄物等，卻無法探討古生動(dòng)物在歷史時(shí)期的化及食性演化和棲息地變遷特征。
隨著科學(xué)的棲息發(fā)展，很多新技術(shù)新方法被應(yīng)用到生態(tài)學(xué)研究中，最新例如穩(wěn)定同位素技術(shù)。研究作為一種重要的成果研究手段，穩(wěn)定同位素技術(shù)在動(dòng)物食性特征及其變化和古生態(tài)環(huán)境的大熊地退研究中發(fā)揮越來越重要的作用。根據(jù)最基本的貓食“吃什么，是性演什么”準(zhǔn)則，食物的化及穩(wěn)定同位素（如13C和15N等）進(jìn)入身體并且保存在相應(yīng)的組織中，組織的棲息化學(xué)成分直接反映了其攝入食物的化學(xué)成分。由于這類同位素可穩(wěn)定存在于現(xiàn)生動(dòng)物的最新骨骼、牙齒、研究毛發(fā)以及古生動(dòng)物的骨骼和牙齒化石中，因此穩(wěn)定同位素技術(shù)既可用于研究現(xiàn)生物種的食性，又可有效地用于追蹤化石物種的食性特征。
大熊貓（Ailuropoda melanoleuca）為食肉目動(dòng)物，已有八百萬年的演化歷史，在長期的演化過程中其食性逐漸特化為以各種高纖維的竹子為食。作為更新世著名的“大熊貓—?jiǎng)X象古生物群”的一個(gè)重要成員，同期分布的包括劍齒象在內(nèi)的大型動(dòng)物早已滅絕，而大熊貓卻在百萬年的滄海桑田中生存至今，這可能與其不斷改變食性以適應(yīng)變化的環(huán)境密切相關(guān)。
研究顯示，大熊貓現(xiàn)今的棲息地分布區(qū)只不過是歷史上的一小部分。那么，歷史上大熊貓的食性特征如何，它又在何時(shí)特化為以竹子為食？歷史上大熊貓又生活在怎樣的環(huán)境之中？
為回答這些問題，中國科學(xué)院動(dòng)物研究所魏輔文院士領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)與西華師范大學(xué)、云南省文物考古研究所、云南保山博物館、廣西自然歷史博物館等單位合作，采用穩(wěn)定同位素方法，系統(tǒng)分析比較了歷史上和現(xiàn)生大熊貓的食性及其生活環(huán)境特征。
通過測定現(xiàn)生大熊貓及其同域分布的食肉、食草動(dòng)物骨骼中膠原蛋白的碳、氮穩(wěn)定同位素值，確定了現(xiàn)生大熊貓?jiān)谄淠壳皸⒌刂械耐凰貭I養(yǎng)生態(tài)位。結(jié)果表明，食肉、食草動(dòng)物和大熊貓明顯處于不同的三個(gè)生態(tài)位，大熊貓的最低(δ15N=-0.3‰)，這極有可能是由于現(xiàn)生大熊貓專食竹子造成的。
在云南的兩個(gè)全新世中期遺址（塘子溝和小水井）出土了一批包含食肉、食草動(dòng)物及大熊貓的哺乳動(dòng)物骨骼，這給測定歷史時(shí)期大熊貓的同位素營養(yǎng)生態(tài)位提供了機(jī)會(huì)。通過分析比較這些出土骨骼膠原蛋白的碳、氮穩(wěn)定同位素值，得到兩個(gè)明顯分開的生態(tài)位——食肉動(dòng)物與食草動(dòng)物和大熊貓。生活在云南（5000-8000BP）的大熊貓與當(dāng)時(shí)的食草動(dòng)物處于同一個(gè)營養(yǎng)生態(tài)位，其氮穩(wěn)定同位素值（δ15N=4.2‰）與現(xiàn)生大熊貓(δ15N=-0.3‰)完全不同。
一般來說，穩(wěn)定同位素值的變化可能來自于兩個(gè)方面：一是食物的變化；二是整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的基線變化。接下來，研究人員以同樣的方法測定了來自云南兩個(gè)遺址附近區(qū)域的現(xiàn)生哺乳動(dòng)物樣品，結(jié)果表明無論是食肉動(dòng)物還是食草動(dòng)物，其穩(wěn)定同位素值與全新世中期的樣品都沒有差異，這表明了這個(gè)區(qū)域的生態(tài)系統(tǒng)的基線并無變化。因此，大熊貓?jiān)诋?dāng)時(shí)的食性很可能并不是專食竹子。此后，研究人員收集了來自全國七個(gè)不同化石點(diǎn)的大熊貓骨骼樣品，結(jié)果發(fā)現(xiàn)它們的穩(wěn)定同位素值與現(xiàn)生大熊貓的差異顯著，且變異系數(shù)較大，這預(yù)示著大熊貓食性的復(fù)雜。

通過SIBER模型模擬歷史時(shí)期和現(xiàn)生大熊貓的同位素營養(yǎng)生態(tài)位寬度大小，發(fā)現(xiàn)大熊貓?jiān)跉v史時(shí)期的營養(yǎng)生態(tài)位寬度是現(xiàn)生的接近3倍，并有部分重合。這充分說明大熊貓?jiān)谶M(jìn)化過程中，除了以竹子為食以外，還食用大量的其它種類的植物，其專食食性直至全新世中期都還未形成。
由于埋藏條件的限制，以及骨骼中有效生物成分的保存期限，更長時(shí)期的樣品無法得到有效數(shù)據(jù)。研究人員選擇了具有強(qiáng)抗降解能力的牙齒樣品，測定其中牙釉質(zhì)部分的碳、氧穩(wěn)定同位素值。碳同位素結(jié)果表明，無論何種大熊貓（包括小種大熊貓、巴氏大熊貓等）生活在什么年代（上新世晚期到現(xiàn)在），都是以C3植物為食。不同的是歷史上大熊貓的碳同位素值變異系數(shù)更大，表明其食性較現(xiàn)生更為多樣，而不僅僅是現(xiàn)生所食用的這些竹子。
同時(shí)，氧同位素的結(jié)果通常作為反映古氣候環(huán)境的指標(biāo)，其值越大表明環(huán)境越冷干，越小則表明越濕熱。該研究結(jié)果顯示：大熊貓?jiān)跉v史上的棲息地比現(xiàn)今的生活環(huán)境復(fù)雜得多，其既能適應(yīng)相對(duì)較干旱寒冷的氣候，也能在溫暖濕潤多水的環(huán)境中生存，比如云南全新世中期的兩個(gè)化石點(diǎn)據(jù)文獻(xiàn)說明其當(dāng)時(shí)應(yīng)是亞熱帶森林地帶。
通過模型計(jì)算比較歷史時(shí)期與現(xiàn)生大熊貓同位素生境生態(tài)位寬度大小，兩者相差懸殊，歷史時(shí)期的是現(xiàn)生的3倍多，有意思的是現(xiàn)生大熊貓的橢圓完全被歷史時(shí)期的覆蓋。這與考古研究中，大熊貓化石出土地點(diǎn)的分布區(qū)特點(diǎn)相符，其北至北京周口店，南到中南半島。大熊貓?jiān)谶M(jìn)化過程中，不僅生活在包含當(dāng)前所棲息的高山森林地帶，也棲息在一些亞熱帶森林、森林邊緣，即森林與開闊地的結(jié)合處、甚至森林的開闊地，只是在演化歷程中，由于各種原因才逐漸退縮到四川、陜西和甘肅的現(xiàn)生分布區(qū)。
由以上結(jié)果，該研究作者推測大熊貓食性的轉(zhuǎn)變大致分為兩個(gè)階段：從肉食（或雜食）到植食的轉(zhuǎn)變以及從植食到專食的轉(zhuǎn)變。一直以來，人們普遍認(rèn)為在距今兩百萬年左右大熊貓就已經(jīng)特化為專食竹子了。然而，該文章的發(fā)現(xiàn)對(duì)此觀點(diǎn)提出了質(zhì)疑：穩(wěn)定同位素證據(jù)顯示大熊貓從植食到專食的特化至少在距今五千年左右還未發(fā)生。同樣地，大熊貓歷史上也不只是生活在竹林里，而是棲息于各類環(huán)境之中。
該研究于2019年1月31日在線發(fā)表在《現(xiàn)代生物學(xué)》（Current Biology）期刊上。論文的第一作者是韓菡博士，魏輔文院士為通訊作者。上述研究得到中國科學(xué)院先導(dǎo)專項(xiàng)（XDB31020000）、中國科技部重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目（2016YFC0503200）和國家自然科學(xué)基金（31530086）等項(xiàng)目的資助。
論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.cub.2018.12.051
相關(guān)報(bào)道：為什么大熊貓活到現(xiàn)在？可不是“吃素”的
（神秘的地球uux.cn報(bào)道）據(jù)中國科學(xué)報(bào)（程唯珈）：作為遠(yuǎn)古霸主的恐龍?jiān)诘厍蛏仙盍藘|萬年，最終只化為幾根骨頭留給了世人。而在各種災(zāi)難面前，憨態(tài)可掬的大熊貓竟穩(wěn)當(dāng)?shù)厣盍?00萬年依舊瀟灑，成為科學(xué)家研究生物進(jìn)化的“活化石”，從此一舉奠定了其國寶級(jí)地位。
然而這個(gè)沒事就賣賣萌的家伙，是靠什么活到了現(xiàn)在？這一切可能歸根于大熊貓是個(gè)吃貨的原因。1月31日在線發(fā)表在《當(dāng)代生物學(xué)》的一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，歷史演化過程中，大熊貓不但曾經(jīng)口味多樣，而且適應(yīng)性超強(qiáng)，在任何環(huán)境都能睡得香。
綿延百世的秘訣
俗話說，“吃啥補(bǔ)啥”“一方水土養(yǎng)一方人”。想知道一個(gè)人的生活習(xí)性，還得從他的飲食習(xí)慣和居住環(huán)境入手。尤其對(duì)于這種只知道吃喝的生物，八成食物里就隱藏著其家族“香火不斷”、綿延百世的秘訣。
“大熊貓是更新世著名的‘大熊貓—?jiǎng)X象古生物群’的重要成員，和它同期分布的包括劍齒象在內(nèi)的大型動(dòng)物早已滅絕，而它卻神奇地存活至今，這可能與其不斷改變食性以適應(yīng)變化的環(huán)境密切相關(guān)。”中科院動(dòng)物所研究員、中國科學(xué)院院士魏輔文告訴《中國科學(xué)報(bào)》記者。
然而想要研究動(dòng)物食性，主要需依賴野外直接觀察和分析動(dòng)物排泄物等。此工作既消耗大量人力，也難以反映動(dòng)物長期的攝食情況和棲息地變遷。幸運(yùn)的是，近年來發(fā)展的穩(wěn)定同位素技術(shù)有效地解決了這一難題。
“我們吃的食物，其化學(xué)成分經(jīng)過消化吸收之后能轉(zhuǎn)移到我們的骨骼之中，例如穩(wěn)定同位素的組成。這樣，我們通過分析動(dòng)物骨骼中有機(jī)物質(zhì)的穩(wěn)定同位素組成，便能推斷它們的主要食物來源。”中科院動(dòng)物所博士、西華師范大學(xué)副教授韓菡說。
她介紹，這類同位素可穩(wěn)定存在于現(xiàn)生動(dòng)物的骨骼、牙齒、毛發(fā)等各類組織中，在古生動(dòng)物的骨骼和牙齒化石中也能尋覓。利用這項(xiàng)技術(shù)，祖祖輩輩熊貓家族的口味都能搜集齊全。
不挑食活得才舒坦
至此，一場“舌尖上的大熊貓”的家族口味鑒定之旅在全國各地展開。
科研人員首先比較了現(xiàn)生的大熊貓及其同域分布的食肉（赤狐、豺、豹貓、猞猁等）、食草動(dòng)物（林麝、斑羚、毛冠鹿、巖羊等）骨骼中膠原蛋白的碳、氮穩(wěn)定同位素組成，發(fā)現(xiàn)三者截然不同。可能由于長期吃竹子的緣故，現(xiàn)生大熊貓的口味更加清淡，其生態(tài)位最低。
它的祖輩也是對(duì)竹子如此“一心一意”嗎？科研人員又對(duì)云南兩個(gè)全新世中期遺址（塘子溝和小水井）出土的包含食肉、食草動(dòng)物及大熊貓的骨骼進(jìn)行了測定。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，生活在云南的大熊貓與當(dāng)時(shí)的食草動(dòng)物生態(tài)位處于同一級(jí)別，其氮穩(wěn)定同位素值遠(yuǎn)高于如今它的孫輩們。
一般來說，穩(wěn)定同位素值的變化可能來自于兩個(gè)方面：一是食物的變化；二是整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的基線變化。研究人員以同樣的方法測定了來自云南兩個(gè)遺址附近區(qū)域的現(xiàn)生哺乳動(dòng)物樣品。結(jié)果表明，無論是食肉動(dòng)物還是食草動(dòng)物，其穩(wěn)定同位素值與全新世中期的樣品都沒有差異。
這表明了這個(gè)區(qū)域的生態(tài)系統(tǒng)基線并無變化。因此，大熊貓?jiān)诋?dāng)時(shí)很可能并不是專食竹子。
此后，研究人員收集了來自全國七個(gè)不同化石點(diǎn)的大熊貓骨骼樣品，發(fā)現(xiàn)穩(wěn)定同位素值與現(xiàn)生大熊貓的差異顯著，且變異系數(shù)較大——大熊貓祖先們的伙食不盡相同，除了竹子以外，還食用了大量的其它種類的植物。
同時(shí)，作為古氣候環(huán)境指標(biāo)的氧同位素，其結(jié)果顯示，大熊貓?jiān)谀亩寄芩孟悖杭饶苓m應(yīng)相對(duì)較干旱寒冷的氣候，也能在溫暖濕潤多水的環(huán)境中生存。無論是高山森林、還是開闊平原，它們都能快樂地安家生娃。盡管由于各種原因大熊貓棲息地現(xiàn)已退縮到四川、陜西和甘肅等地。
果然“國寶”的稱號(hào)不是白當(dāng)?shù)摹＞蛻{這張能夠換著花樣吃的嘴和隨遇而安的功夫，能夠活到最后的才是贏家啊！
論吃貨的自我修養(yǎng)
據(jù)介紹，大熊貓的祖先原是食肉的，由于經(jīng)歷了氣候變化等外界影響才改行吃素。
至此科學(xué)家推測，大熊貓食性的轉(zhuǎn)變大致分為兩個(gè)階段：從肉食（或雜食）到植食的轉(zhuǎn)變以及從植食到專食的轉(zhuǎn)變。
此外，該研究還動(dòng)搖了長期以往的一個(gè)觀點(diǎn)：人們普遍認(rèn)為在距今兩百萬年左右大熊貓就已經(jīng)特化為專食竹子。而本次穩(wěn)定同位素證據(jù)顯示至少在距今五千年它們都還未形成特定的口味。
當(dāng)然，現(xiàn)在的大熊貓已經(jīng)是不愁吃喝了。韓菡告訴記者，盡管如今它們把竹子作為主食，但是偶爾還會(huì)將野菜、牛羚尸體等作為“小點(diǎn)心”解解饞。在各類報(bào)道中，這群國寶們的新餐點(diǎn)也是層出不窮。
畢竟對(duì)于這種靠吃登上人生巔峰的生物來說，還有什么能比美食更重要的呢？