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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報道）據(jù)中國科學院動物研究所動物生態(tài)與保護生物學院重點實驗室：食物是動物賴以生存與繁衍的物質(zhì)基礎(chǔ)，也是聯(lián)系動物與其生存環(huán)境之間的重要紐帶。傳統(tǒng)的動物食性研究方法主要依賴野外直接觀察和分析動物排泄物等，卻無法探討古生動物在歷史時期的食性演化和棲息地變遷特征。

隨著科學的發(fā)展，很多新技術(shù)新方法被應用到生態(tài)學研究中，例如穩(wěn)定同位素技術(shù)。作為一種重要的研究手段，穩(wěn)定同位素技術(shù)在動物食性特征及其變化和古生態(tài)環(huán)境的研究中發(fā)揮越來越重要的作用。根據(jù)最基本的“吃什么，是什么”準則，食物的穩(wěn)定同位素（如13C和15N等）進入身體并且保存在相應的組織中，組織的化學成分直接反映了其攝入食物的化學成分。由于這類同位素可穩(wěn)定存在于現(xiàn)生動物的骨骼、牙齒、毛發(fā)以及古生動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—劍齒象古生物群”的一個重要成員，同期分布的包括劍齒象在內(nèi)的大型動物早已滅絕，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，中國科學院動物研究所魏輔文院士領(lǐng)導的團隊與西華師范大學、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)生大熊貓在其目前棲息地中的同位素營養(yǎng)生態(tài)位。結(jié)果表明，食肉、食草動物和大熊貓明顯處于不同的三個生態(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、食草動物及大熊貓的哺乳動物骨骼，這給測定歷史時期大熊貓的同位素營養(yǎng)生態(tài)位提供了機會。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，得到兩個明顯分開的生態(tài)位——食肉動物與食草動物和大熊貓。生活在云南（5000-8000BP）的大熊貓與當時的食草動物處于同一個營養(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方面：一是食物的變化；二是整個生態(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遺址附近區(qū)域的現(xiàn)生哺乳動物樣品，結(jié)果表明無論是食肉動物還是食草動物，其穩(wěn)定同位素值與全新世中期的樣品都沒有差異，這表明了這個區(qū)域的生態(tài)系統(tǒng)的基線并無變化。因此，大熊貓在當時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不同化石點的大熊貓骨骼樣品，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，這預示著大熊貓食性的復雜。

通過SIBER模型模擬歷史時期和現(xiàn)生大熊貓的同位素營養(yǎng)生態(tài)位寬度大小，發(fā)現(xiàn)大熊貓在歷史時期的營養(yǎng)生態(tài)位寬度是現(xiàn)生的接近3倍，并有部分重合。這充分說明大熊貓在進化過程中，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，更長時期的樣品無法得到有效數(shù)據(jù)。研究人員選擇了具有強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，氧同位素的結(jié)果通常作為反映古氣候環(huán)境的指標，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：大熊貓在歷史上的棲息地比現(xiàn)今的生活環(huán)境復雜得多，其既能適應相對較干旱寒冷的氣候，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化石點據(jù)文獻說明其當時應是亞熱帶森林地帶。

通過模型計算比較歷史時期與現(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期的覆蓋。這與考古研究中，大熊貓化石出土地點的分布區(qū)特點相符，其北至北京周口店，南到中南半島。大熊貓在進化過程中，不僅生活在包含當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)對此觀點提出了質(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》（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院先導專項（XDB31020000）、中國科技部重點研發(fā)項目（2016YFC0503200）和國家自然科學基金（31530086）等項目的資助。

論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.cub.2018.12.051

相關(guān)報道：為什么大熊貓活到現(xiàn)在？可不是“吃素”的

（神秘的地球uux.cn報道）據(jù)中國科學報（程唯珈）：作為遠古霸主的恐龍在地球上生活了億萬年，最終只化為幾根骨頭留給了世人。而在各種災難面前，憨態(tài)可掬的大熊貓竟穩(wěn)當?shù)厣盍?00萬年依舊瀟灑，成為科學家研究生物進化的“活化石”，從此一舉奠定了其國寶級地位。

然而這個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吃貨的原因。1月31日在線發(fā)表在《當代生物學》的一項研究發(fā)現(xiàn)，歷史演化過程中，大熊貓不但曾經(jīng)口味多樣，而且適應性超強，在任何環(huán)境都能睡得香。

綿延百世的秘訣

俗話說，“吃啥補啥”“一方水土養(yǎng)一方人”。想知道一個人的生活習性，還得從他的飲食習慣和居住環(huán)境入手。尤其對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—劍齒象古生物群’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變化的環(huán)境密切相關(guān)。”中科院動物所研究員、中國科學院院士魏輔文告訴《中國科學報》記者。

然而想要研究動物食性，主要需依賴野外直接觀察和分析動物排泄物等。此工作既消耗大量人力，也難以反映動物長期的攝食情況和棲息地變遷。幸運的是，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，我們通過分析動物骨骼中有機物質(zhì)的穩(wěn)定同位素組成，便能推斷它們的主要食物來源。”中科院動物所博士、西華師范大學副教授韓菡說。

她介紹，這類同位素可穩(wěn)定存在于現(xiàn)生動物的骨骼、牙齒、毛發(fā)等各類組織中，在古生動物的骨骼和牙齒化石中也能尋覓。利用這項技術(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?？赡苡捎陂L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。

它的祖輩也是對竹子如此“一心一意”嗎？科研人員又對云南兩個全新世中期遺址（塘子溝和小水井）出土的包含食肉、食草動物及大熊貓的骨骼進行了測定。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，生活在云南的大熊貓與當時的食草動物生態(tài)位處于同一級別，其氮穩(wěn)定同位素值遠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方面：一是食物的變化；二是整個生態(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遺址附近區(qū)域的現(xiàn)生哺乳動物樣品。結(jié)果表明，無論是食肉動物還是食草動物，其穩(wěn)定同位素值與全新世中期的樣品都沒有差異。

這表明了這個區(qū)域的生態(tài)系統(tǒng)基線并無變化。因此，大熊貓在當時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不同化石點的大熊貓骨骼樣品，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，作為古氣候環(huán)境指標的氧同位素，其結(jié)果顯示，大熊貓在哪都能睡得香：既能適應相對較干旱寒冷的氣候，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”的稱號不是白當?shù)?。就憑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??！

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。

至此科學家推測，大熊貓食性的轉(zhuǎn)變大致分為兩個階段：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，該研究還動搖了長期以往的一個觀點：人們普遍認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，但是偶爾還會將野菜、牛羚尸體等作為“小點心”解解饞。在各類報道中，這群國寶們的新餐點也是層出不窮。

畢竟對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？