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嵌齒象生態復原圖。爾盆 郭肖聰繪

嵌齒象的臼齒化石

化石牙結石取樣

研究材料的地理位置、地層背景與嵌齒象屬的施泰系統發育樹（吳妍供圖）

嵌齒象屬牙結石中提取的植硅體類型與海綿骨針以及它們的數量百分比圖 （吳妍供圖）

嵌齒象屬牙微磨痕分析結果 （吳妍供圖）

嵌齒象屬碳、因海氧同位素分析結果 （吳妍供圖）
（神秘的姆嵌地球uux.cn報道）據中國科學院古脊椎動物與古人類研究所：晚中新世（約1100萬年）以來，全球氣候發生了大規模持續改變，齒象原先溫暖濕潤氣候主導的化石森林生態系統日漸凋零，最終局限在熱帶的準噶中中早期直系祖先部分地區；取而代之的是以禾本科植物為主體的草原生態系統，它們最終占據了陸地的爾盆大部分生態空間。
禾本科植物——可以理解為通常所說的現萬新世象類草——能夠在嚴酷的生存環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部的含水非晶態二氧化硅顆粒。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，植硅體的數量異常龐大，由于植硅體具有非常高的硬度，使得植食動物在取食禾本科植物中要付出牙齒過度磨損的具大代價，植物通過這種方法可以有效地使自身保全。
然而，生命的進化是一場貓捉老鼠的游戲。植食動物也決非束手無策，不少植食動物進化出了更加有效的牙齒，以處理被植硅體武裝得日益堅硬的草本植物。例如，我們熟悉的象類就進化出了非凡的牙齒，它們的臼齒齒冠很高，由許多排列得非常密集的釉質齒板構成，這種結構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。它們可以適應各種嚴酷的環境氣候，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）。
生物進化中普遍存在先有雞還是南京外圍（外圍預約）外圍價格（電話微信189-4469-7302）鴛鴦浴水中簫、制服誘惑絲襪先有蛋的悖論。一個有趣的問題是，象類是先進化出適于吃草的牙齒，還是先選擇草作為它們的食物？2013年對東非地區象類化石的一項研究顯示，象類的牙齒進化出現在的樣子大約是500萬年，然而，通過分析牙齒釉質中碳同位素的成分，可以推斷出，大約在1000萬年左右的時候，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500萬年，這已經在很大程度上刷新了研究者三觀。
然而，1000萬年絕不是象類吃草時間的上限。在深處亞洲內部的新疆準噶爾盆地，中國科學院古脊椎研究所的研究者發現了大約1600萬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有成形，但它居然是一個純粹的食草動物。
若說研究者是如何揭開施泰因海姆嵌齒象1600萬年前進食的隱私，這還是要歸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石中，發現了植硅體的存在，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食的植物所遺留下來的！植硅體非常堅硬，雖然對于吃它們的動物是嚴重的考驗，但它們形態穩定，容易保存。更重要的是，研究者能夠從它們的形態推斷出它們的母源植物。通過顯微觀察，研究者發現，施泰因海姆嵌齒象臼齒牙結石中，所有的植硅體竟然都是來自草類，沒有一個植硅體是屬于非草類的植物，因此，施泰因海姆嵌齒象已經是一個嚴格的食草者，這一結果也與穩定同位素的方法及牙微磨痕方法得到的結論一致。這要比它的后代進化出適于食草的臼齒提前了1000萬年以上，甚至在這個時期，地球上是以溫暖濕潤的森林環境為主，大規模的草原還沒有出現。研究者進一步研究了新疆準噶爾盆地在中中新世的氣候環境演變，通過分析地層中的花粉數據，發現在中中新世的新疆準噶爾盆地，氣候比其它地區提前出現了干旱化的趨勢，可能一些小范圍的草原在這里已經出現，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時新疆準噶爾盆地的唯一象類，與之同時發現的還有另一種間型嵌齒象（Gomphotherium connexum），間型嵌齒象的牙結石中也發現了植硅體的存在，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空間中，它還是保留者從它祖先那里繼承來的傳統，以嫩枝嫩葉為食，對于新出現的草原生境，至多是淺嘗輒止，未敢深入。但它們未曾知道，彼此的命運在那一時刻起，已經發生了重大的分野。
學術界早已認定，嵌齒象屬便是我們現生象類的祖先，但嵌齒象發現的種有將近二十種，哪一種嵌齒象最終進化出了現代象，學術界一直沒有定論。為了解決象類食性與其演化的深刻內涵，古脊椎所的研究者利用支序分析的辦法，建立了17種嵌齒象與后來現代象的系統演化關系。結果不出意料地證明，施泰因海姆嵌齒象正是嵌齒象中與現代象在系統發育上最接近的種類，正是施泰因海姆嵌齒象進化出了現代仍然生活在我們世界上的幾種象類。而在它們坎坷的進化道路上，食性的選擇可能起到了關鍵的作用。在最初的草原生態出現的時候，或許施泰因海姆嵌齒象便積極擴展自身的身存空間，選擇以不太舒適的草類為食，它的臼齒形態也發生了逐步的改變，最終可以完全適應以草為食，從而得以延續至今；而與它同時的近親，間型嵌齒象，由于停留在已經適應的嫩枝嫩葉的食物生態空間，不能對環境的變化做出及時的響應，在晚中新世大范圍的干旱環境到來之時，無可奈何地走向了滅絕。可以說，食性的選擇，正是對未來命運的終極選擇，新疆準噶爾盆地兩種中新世嵌齒象的食性研究為動物行為演化引領形態演化的新思路提供了絕佳佐證。
5月16日相關成果在線發表在nature旗下期刊Scientific Reports上。該項研究獲得了國家自然科學基金、中國科學院戰略性先導科技專項、國家重點基礎研究發展計劃和中國科學院青年創新促進會項目的資助。
論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41598-018-25909-4
相關報道：中國科學家揭秘一只“特立獨行”的象
（神秘的地球uux.cn報道）據新華社昆明5月18日電（屈婷 許萬虎）：一顆巨大的古象臼齒化石，讓中國科學家得出驚人結論：這頭1600萬年前的古象，可能是迄今發現的世界上最早的草食性象類。在當時已經逐漸干旱化的新疆準噶爾盆地，象類迎來命運的分野：食草者贏！
這枚約18厘米長臼齒的主人，是一頭施泰因海姆嵌齒象——當時地球上的近二十種嵌齒象之一。科學家普遍認為，嵌齒象屬是現生象類的直系祖先。
哪一種嵌齒象最終進化出了現代象？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齒板構成。這種結構使得象的臼齒如同巨大、耐磨損的磨盤，可以充分、有效地加工堅硬的草類。
因此，一個有趣的問題擺在研究者面前：象類是先進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、中國科學院古脊椎動物與古人類研究所研究員王世騏說，這個問題在生物進化中“普遍存在”。對于大象來說，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，一項對東非地區象類化石的研究推斷出，距今1000萬年左右，象類可能已普遍取食草類，但它們食草牙齒的出現要等到500萬年后。
中國科學家這項最新的研究，將象類吃草時間上限提高到了1600萬年前。這頭施泰因海姆嵌齒象的齒冠很低，磨盤狀的臼齒完全沒有成形，但它居然是一個純粹的食草動物。
讓施泰因海姆嵌齒象的“食譜”曝光的是一些微小的牙結石。中國科學院古脊椎動物與古人類研究所副研究員吳妍在顯微鏡下發現了牙結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，是一種含水非晶態二氧化硅顆粒，形態穩定，容易保存。科學家可以從其形態推斷出它們來自哪一種植物。
吳妍說，在這頭古象的臼齒牙結石中，所有的植硅體竟然都是來自草類。“因此，施泰因海姆嵌齒象是一個嚴格的食草者，這一結果也與穩定同位素的方法及牙微磨痕方法得到的結論一致。”
花粉也提供了佐證。中國科學院古脊椎動物與古人類研究所副研究員周新郢分析地層中的花粉數據，發現當時新疆準噶爾盆地植被以草原為主，并逐漸出現干旱化趨勢。
“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。
有時，生命的進化是一場“貓捉老鼠”的游戲。為了活下去，禾本科植物比樹葉更難讓植食動物下咽，造成植食動物的牙齒過度磨損；另一方面，植食動物也進化出了更有效的牙齒，以處理被植硅體“武裝”得日益堅硬的草本植物。
可以想象，沒有臼齒去吃草，是一個相當痛苦的過程，施泰因海姆嵌齒象卻是一位“特立獨行”者。與此同時，準噶爾盆地的生態空間中還存在它的“近親”——間型嵌齒象。后者的牙結石中也發現了植硅體的存在，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。
中國科學院古脊椎動物與古人類研究所的研究者們還通過復雜的計算，建立了17種嵌齒象與后來現代象的系統演化關系。結果不出意料地證明：施泰因海姆嵌齒象正是嵌齒象中與現代象在系統發育上最接近的種類。換句話說，它進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出現的時候，施泰因海姆嵌齒象積極擴展自身的生存空間，選擇以不太舒適的草類為食，它的臼齒形態也逐步發生了改變，最終可以完全適應以草為食，從而得以延續至今。
另一方面，在晚中新世大范圍的干旱環境到來之時，間型嵌齒象無可奈何地走向了滅絕。“坎坷的進化路上，食性的選擇可能起到了關鍵的作用。”吳妍說。
施泰因海姆嵌齒象的故事也說出了進化論的復雜性——推動生物螺旋式進化的，會不會也包括物種有意識的選擇？王世騏說，兩種嵌齒象的命運為動物行為演化引領形態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嚴酷時代的象征，它們的故事今天還在延續。
相關報道：新疆發現世界最早草食性象類化石
（神秘的地球uux.cn報道）據人民網（李曉青）：近期，科研人員在對上世紀90年代出土于新疆的象類臼齒化石進行研究后，發現了1600萬年前草類的植硅體，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、中國科學院古脊椎動物與古人類研究所副研究員吳妍通過電話告訴記者，這次研究樣本有六個，發現于新疆準噶爾盆地東北部富蘊縣，其中2個樣本是1600萬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石中，發現植硅體的存在。通過顯微觀察發現，施泰因海姆嵌齒象臼齒牙結石中，所有的植硅體都來自草類，沒有一個是屬于非草類的植物。
“2013年對東非地區象類化石的一項研究顯示，大約在1000萬年前的時候，象類可能已普遍取食草類。”吳妍說，這次研究的樣本來自1600萬年前，它將象類吃草時間提前約600萬年，是世界上最早的草食性象類。
吳妍表示，植硅體非常堅硬，對于吃它們的動物是嚴重的考驗，但它們形態穩定，容易保存。更重要的是，研究者能夠從它們的形態推斷出它們的母源植物。施泰因海姆嵌齒象已經是一個嚴格的食草者，這一結果也與穩定同位素的方法及牙微磨痕方法得到的結論一致，這要比它的后代進化出適于食草的臼齒提前了1000萬年以上。
在確定世界最早草食性象類之后，研究者進一步研究了準噶爾盆地在中中新世的氣候環境演變，通過分析地層中的花粉數據，發現在中中新世的新疆準噶爾盆地，氣候比其它地區提前出現了干旱化趨勢，一些小范圍的草原在這里已經出現，這或許就成為施泰因海姆嵌齒象以草為食的先決條件。
據悉，5月16日相關研究成果已在線發表在Nature旗下期刊《Scientific Reports》。該項研究獲得了國家自然科學基金、中國科學院戰略性先導科技專項、國家重點基礎研究發展計劃和中國科學院青年創新促進會項目的資助。
延伸閱讀
施泰因海姆嵌齒象是現代象祖先
禾本科植物也就是我們通常所說的草類，它們能夠在嚴酷的環境生活下來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，使得植食動物在取食禾本科植物中要付出牙齒過度磨損的巨大代價，植物通過這種方法可以有效地使自身保全。
吳妍說，不少植食動物進化出了更加有效的牙齒，以處理被植硅體武裝得日益堅硬的草本植物。例如，我們熟悉的象類就進化出了非凡的牙齒，它們的臼齒齒冠很高，由許多排列得非常密集
的釉質齒板構成，這種結構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。它們可以適應各種嚴酷的環境氣候，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 萬年前的新疆準噶爾盆地，施泰因海姆嵌齒象并非是唯一象類，與之同時發現的還有另一種間型嵌齒象。吳妍說，間型嵌齒象的牙結石中也發現了植硅體的存在，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空間中，它還是保留著從它祖先那里繼
承來的傳統，以嫩枝嫩葉為食，對于新出現的草原環境，至多是淺嘗輒止，未敢深入。但它們未曾知道，彼此的命運在那一時刻起，已經發生了重大的分野。
學術界早已認定，嵌齒象屬是現代生活在世界上象類的祖先，但嵌齒象發現的種有將近二十種，哪一種嵌齒象最終進化出了現代象，學術界一直沒有定論。
中國科學院古脊椎動物與古人類研究所研究員王世騏說，為了解決象類食性與其演化的深刻內涵，研究人員建立了17種嵌齒象與后來現代象的系統演化關系。結果不出意料地證明，施泰因海姆嵌齒象正是嵌齒象中與現代象在系統發育上最接近的種類，正是施泰因海姆嵌齒象進化出了現代仍然生活在我們世界上的幾種象類。而在它們坎坷的進化道路上，食性的選擇可能起到了關鍵的作用。
王世騏認為，在最初的草原生態出現的時候，或許施泰因海姆嵌齒象便積極擴展自身的生存空間，選擇以不太舒適的草類為食，它的臼齒形態也發生了逐步的改變，最終完全適應以草為食，從而得以延續至今；而與它同時的近親，間型嵌齒象，由于停留在已經適應的嫩枝嫩葉的食物生態空間，不能對環境的變化做出及時的響應，在晚中新世大范圍的干旱環境到來之時，無可奈何地走向了滅絕。
食性的選擇，正是對未來命運的終極選擇，新疆準噶爾盆地兩種中新世嵌齒象的食性研究，為動物行為演化引領形態演化的新思路提供了絕佳佐證。