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复杂牙齿结构助熊猫成生存竞争赢家

2019-11-11 科技日报 ?#38498;?#25996;
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  大熊猫人见人爱,是我国的标志性物种,它最显著的习性是以竹子为主?#22330;?#28982;而竹子全株上下富含坚韧的纤维,很难消化,即使是拥有大量肠道菌的偶蹄目反刍类动物,也没有以竹子为主?#36710;摹?#35201;知道,大熊猫的祖先是一?#36136;?#32905;动物,在通往以竹子为主?#36710;难?#21270;道路上,发生的改变可不是一点半点,其中最显著的就是牙齿结构的变化。

  常人很少去细究“国宝”大熊猫的牙齿什么样,其实它的结构极其复杂,每个臼齿都布满瘤突和小尖,和其他熊类存在巨大的差别。由于这?#26893;?#24322;,大熊猫牙齿齿尖与齿嵴和其他熊类的同源性一直让人疑惑不已。

  近日,中国科学院古脊椎动物与古人类研究所博士研究生江左其杲借助祖先追索的方法,详细研究对比了大熊猫在晚中新世的直系祖先——?#29615;?#22987;熊猫和现代熊类的祖先——戴?#29486;?#29066;。借助这两个桥?#28023;?#30740;究人员得?#36234;?#31435;起?#32454;?#30340;大熊猫—熊类牙齿同源体系,并以此为基础提出了熊类牙齿术语的建议。

  通过对云?#19979;环?#26202;中新世古猿地层中发现的大熊猫化石进行研究分析,科学家发现,早在800万年前的晚中新世,中国云?#19979;环?#31561;地的热带?#31508;?#26862;林的边缘,就生活着大熊猫的祖先——始熊猫,这是一种由拟熊类演变而成的以食肉为主的最早的熊猫,个体犹如一只较肥胖的狐狸。如果“始熊猫”被认为是中国土地上的第一只大熊猫,则大熊猫比中国土地?#20808;?#31867;出?#20540;没?#35201;早。

  而戴?#29486;?#29066;是一种大型的祖熊,在体型、比例上介于绝灭的小鼬熊和现生的黑熊之间。它的吻部短而宽,矢状嵴向后变得非常高,并?#30001;?#33267;枕面之后,与面部相比,脑颅部显得相当窄,听泡在形态上为三角形,具有短的管状外耳道,下颌骨粗?#24120;?#21069;臼齿退化成纽扣状,颊齿上的釉质褶皱很微弱。

  在我国古代,大熊猫的名称有貘、白豹、虞等。在200多万年前的更生世早期到100万年前的更生世中晚期,大熊猫已经广?#21152;?#25105;国南半部,组成了大熊猫—剑齿象动物?#28023;?#20170;天这个动物群的许多物种已经绝灭,而大熊猫却一?#34987;?#19979;来,这与大熊猫的演化机制密不可分。在动物进化史上,大熊猫是佼佼者;在生存竞争中,大熊猫是成功者。因此大熊猫才被称作“活化石”。

  通过详细的同源性研究,江左其杲重新审视一些特征在熊类演化中的地位,并为将来研究整个熊科的系统发育打下了基础。他发现,熊类的P4内叶的齿尖和其他多数食肉目不同,其主要的尖为次尖而非原尖。原尖早在渐新世的一?#20013;?#31867;中就已经开始退化,在中新世到现代的熊类中,大部分成员都只有次尖,而大熊猫却是例外。由于?#35270;?#26893;食性,大熊猫的牙齿结构趋于复杂化,原尖在早期的郊熊猫和?#29615;?#22987;熊猫中再次出现,并在大熊猫中进一步发展,因此其牙齿同时具有原尖和次尖。

  过去曾经被认为和大熊猫一样具有双分原尖的印度熊,它的2个齿尖都来?#26434;?#27425;尖,因此这一特征不宜再作为印度熊和大熊猫牙齿结构的共同特征。在建立起牙齿同源结构后,研究人员也对一些过去分类地位不明或有争议的物种的演化位置有了新的认识。最新一期国际期刊《古生物学学报》在线发表了这一令人关注的研究成果。

  值得一提的是,今年2月,中国科学院金属研究所材料疲劳与断裂实验室的一个研究团队,还首次发现了大熊猫牙齿能够实现自修复。据该实验室刘增乾博士介绍,大熊猫牙齿的矿物质像树木一样垂直紧密地排?#26657;?#20174;而形成牙釉质的“坚固森林?#20445;?#32780;有机质则填充在“矿物质树”之间微小的缝隙中,牙釉质的变形、损伤与自动回复,微观上?#38469;?#36890;过这种微小的缝隙实现。这种天然有机质在水合条件下会发生溶胀,进而发生高分子链柔性提高、玻璃化转变温度降低等转变现象,从而实现牙釉质的自修复,而熊猫唾液中的水分子能够对自修复效应起到显著的促进作用。这一研究,为早期大熊猫拥有超强的环境?#35270;?#33021;力提供了佐证,也为新型仿生材料研发提供了新思路,并在人牙匹配型仿生复合义齿材料、高强高导电接触材?#31995;确?#38754;研究取得新进展。

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