“滾滾”是怎么把自己熬成“活化石”的？

這些關(guān)于大熊貓的問(wèn)題，你知道答案么？

大熊貓究竟有多“老”？它是怎么一步步熬過(guò)800萬(wàn)年的漫長(zhǎng)時(shí)光的？大熊貓明明是熊為什么選擇吃“素”？為了吃竹子大熊貓都進(jìn)化出了哪些“小心思”？

（圖片來(lái)源：veer圖庫(kù)）

國(guó)寶大熊貓有個(gè)昵稱(chēng)叫“滾滾”， 別看外表呆萌，能被稱(chēng)為“活化石”的它生存智慧可是不少，用中國(guó)科學(xué)院成都生物研究所生態(tài)研究中心研究員陳慶恒的解讀來(lái)說(shuō)就是“三古”：一個(gè)古老的物種，在古老的棲息地里，以另一個(gè)古老的物種為食。

古老的物種在“避難所”里把自己熬成“活化石”

“活化石”生物是指那些在生物地質(zhì)歷史時(shí)期就已存在，并頑強(qiáng)存活至今的物種，它們進(jìn)化緩慢，身上依然保留著原始的生物學(xué)特征。

說(shuō)到“活化石”還得提到一個(gè)拗口的詞：孑遺生物，也就是現(xiàn)今發(fā)現(xiàn)的、與化石同一種的活體生物。

大熊貓?jiān)谧匀坏刭|(zhì)歷史演化過(guò)程中經(jīng)歷了多個(gè)時(shí)期，下面我們來(lái)看看這個(gè)漫長(zhǎng)的過(guò)程：

大約在距今約900～800萬(wàn)年的第三紀(jì)晚期，始熊貓（Ailurarctos）開(kāi)始在地球上出現(xiàn)；

在距今300萬(wàn)年左右的更新世早期，其中一個(gè)成活于中國(guó)境內(nèi)的主要支系演變?yōu)橹挥鞋F(xiàn)代大熊貓身體一半大小的熊貓，被命名為大熊貓的小種（ailuropoda micrta），從這個(gè)時(shí)候開(kāi)始，大熊貓就已經(jīng)進(jìn)化成為兼食竹類(lèi)的雜食動(dòng)物；

這些小型大熊貓又經(jīng)歷了大約200萬(wàn)年，開(kāi)始向南方森林延伸并適應(yīng)這里的生境，在距今70～50萬(wàn)年的更新世中、晚期，演變?yōu)榇笮茇埼淞晟絹喎N（ailuropoda milanoleuca wulishansis），其體型略小于現(xiàn)代大熊貓，相當(dāng)于現(xiàn)代大熊貓的0.8～0.9倍左右，自此，成為了以竹子為主食的動(dòng)物；

到更新世晚期，出現(xiàn)的大熊貓巴氏亞種（ailuropoda milanoleuea daconi）體型又有所增大，大約是現(xiàn)代大熊貓的1.2倍左右，從此基本上靠食用竹子為生；

在距今大約1.2～1.1萬(wàn)年前，萌萌的現(xiàn)代大熊貓出現(xiàn)了。大熊貓的整個(gè)分布區(qū)也從歷史上中國(guó)北方至東南亞退縮到青藏高原東緣和秦嶺山地，定居在包括中國(guó)四川的岷山山系、邛崍山系、相嶺山系和陜西的秦嶺南坡，以及甘肅東南局部高山深谷。

始熊貓復(fù)原圖（圖片來(lái)源：Mauricio Antón繪，昭通市文物保護(hù)考古研究所提供）

在800萬(wàn)年的時(shí)光中，無(wú)數(shù)動(dòng)物都滅絕了，大熊貓為什么能把自己熬成“活化石”？”

現(xiàn)代大熊貓主要生活在青藏高原東部邊緣往四川盆地西部邊緣過(guò)渡的高山峽谷地帶，也就是青藏高原高寒植被區(qū)往中國(guó)東部濕潤(rùn)森林區(qū)過(guò)渡的地帶，這個(gè)過(guò)渡地帶在歷史上有許多奇妙變化，其中最重要的變化——冰期進(jìn)退的影響——就和大熊貓的生存繁衍有很大關(guān)系。

青藏高原東緣的冰川屬于山岳冰川。冰期的時(shí)候，這里不會(huì)像格陵蘭島或南極一樣陸地被大量冰雪覆蓋，不會(huì)對(duì)幾乎所有物種造成毀滅性破壞。在川西山地一帶，冰期來(lái)臨時(shí)，冰川順山間谷地往下擴(kuò)張延伸，大熊貓和一些物種也順勢(shì)往下退縮；冰期過(guò)后（間冰期）氣候變暖溫度升高，山岳冰川順著溝谷往上收縮，大熊貓和一些物種也順著溝谷往上延伸，也就是和冰川“同進(jìn)退”。

所以在四川西部山地（“華西雨屏帶”的區(qū)域范圍內(nèi)），大熊貓、金絲猴、牛羚、小熊貓、綠尾虹雉、紅腹錦雞、山鷓鴣等動(dòng)物和珙桐、紅豆杉、連香樹(shù)、獨(dú)葉草等植物作為珍稀物種保存了下來(lái)，其中大熊貓、珙桐等還被稱(chēng)為“活化石”的動(dòng)植物類(lèi)群。

而這個(gè)讓生物在冰期免遭滅絕的幸運(yùn)之地在生物地質(zhì)演化史上叫做“生物避難所”，這里也是冰期后生物重新活躍之地與新物種誕生之地，成為了生物多樣性最豐富的地方。大熊貓這個(gè)古老的物種，就是在“生物避難所”這樣的生境里經(jīng)歷風(fēng)雨磨難，生生不息，一代一代延續(xù)下來(lái)。

明明是熊，為什么選擇吃素？

吃竹子的“花花”（圖片來(lái)源：仇瑩瑩攝）

大熊貓的祖先以吃肉為主，可以說(shuō)是站在了食物鏈的頂端，后來(lái)變成吃“素”，也是客觀條件決定的。

早期的大熊貓有著鋒利的犬齒和裂齒，較短的腸道，肉食性質(zhì)的消化生理特點(diǎn)，可它并不如別的肉食性動(dòng)物（比如老虎和豹）那樣兇猛矯健，如果肉食來(lái)源不足，它只有想辦法尋覓其他食物，漸漸地演變成了植食性動(dòng)物。在那么多種植物中，它又為何偏偏選擇了竹子？

兔和羚羊等食草動(dòng)物獲取食物時(shí)動(dòng)作敏捷，牛類(lèi)有瘤胃可以囤積食物，到一個(gè)安全的環(huán)境中再反芻出來(lái)慢慢消化。大熊貓既沒(méi)有這樣的敏捷度，也沒(méi)有瘤胃這種器官結(jié)構(gòu)，所以它“另辟蹊徑”選擇了別的動(dòng)物都不吃的食物種類(lèi)，也產(chǎn)生了一些與進(jìn)食、消化有關(guān)的基因突變，于是形成了一種獨(dú)特性的食性——將箭竹作為主食竹，與其共生共榮，協(xié)同進(jìn)化。在遇到竹子開(kāi)花的年份或是來(lái)到闊葉林里找不到竹子食物短缺時(shí)，它也會(huì)去吃闊葉樹(shù)較嫩的葉子、嫩尖和草類(lèi)，甚至偶爾也獵食小動(dòng)物。但是，竹類(lèi)中箭竹屬的幾個(gè)種類(lèi)始終是大熊貓最主要的食物。

大熊貓選擇吃“素”，也與它的古老棲息地有關(guān)。棲息地又稱(chēng)為生境，是生物種群、生物群落生活或是居住范圍內(nèi)的生態(tài)與環(huán)境的總稱(chēng)。

大熊貓動(dòng)物群的形成經(jīng)歷了多次生物地質(zhì)史和生境的復(fù)雜演變，最終將大范圍屬于青藏高原東緣垂直帶譜中部的寒溫性亞高山常綠針葉林作為主要棲息地。寒溫性針葉林主要由裸子植物松科常綠的冷杉屬和云杉屬植物構(gòu)成，建群植物包括了冷杉、川滇冷杉、鱗皮冷杉、黃果冷杉、岷江冷杉、云杉、麗江云杉、紫果云杉等物種。裸子植物作為這些植物的祖先，起源可追溯到距今3.95～3.45億年之間的泥盆紀(jì)，現(xiàn)代裸子植物，尤其是構(gòu)成大熊貓棲息地的冷杉、云杉植物，就是出現(xiàn)于距今6500～260萬(wàn)年的第三紀(jì)，并經(jīng)歷了第四紀(jì)冰川時(shí)期保留下來(lái)的。

大熊貓選擇寒溫性亞高山常綠針葉林作為棲息地，主要因?yàn)槠渖硨傩苑€(wěn)定且安全。溫涼濕潤(rùn)，對(duì)大熊貓來(lái)說(shuō)舒適度高。亞高山常綠針葉林為地帶性頂級(jí)植物群落，是區(qū)域植被發(fā)展演替最高級(jí)階段，因而沒(méi)有外來(lái)強(qiáng)力的干擾，加之其位于高山峽谷，生境較嚴(yán)酷，大熊貓的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手少。根據(jù)調(diào)查資料顯示，大熊貓?jiān)卺樔~林生境中的相對(duì)豐富度在60%以上，最喜歡停留和活動(dòng)的植被類(lèi)型主要是冷杉林，該區(qū)域有著中國(guó)大熊貓最大連續(xù)種群。

為了吃竹子，大熊貓?jiān)谶M(jìn)化上有哪些“小心思”？

上面提到，大熊貓選擇吃“素”是因?yàn)橐恍┛陀^條件，不過(guò)，為了吃得好吃得飽，大熊貓和它的食物一起發(fā)生了協(xié)同進(jìn)化。

大熊貓的主食是竹子，這也是一種古老的植物。關(guān)于全球竹子的起源，尤其是竹子的生物地質(zhì)歷史和地理分布演化，是國(guó)際植物學(xué)界公認(rèn)的研究難點(diǎn)。我國(guó)著名植物學(xué)家吳征鎰等經(jīng)過(guò)研究，認(rèn)為禾本科（包括竹亞科）植物起源于晚白堊紀(jì)的岡瓦納古陸，這樣來(lái)看竹子的起源應(yīng)該不晚于6500萬(wàn)年前。

竹子是單子葉植物禾本科中最大的亞科，全球約有115屬，1500余種，廣泛分布于熱帶、亞熱帶和溫暖地區(qū)。竹子中有一個(gè)高山類(lèi)群稱(chēng)為箭竹屬，作為寒溫性亞高山常綠針葉林內(nèi)的灌木層優(yōu)勢(shì)種存在，如果上層喬木層的冷杉、云杉受到破壞，從森林退化演替的路徑來(lái)看，灌木層的竹子則會(huì)發(fā)展成竹子灌叢。

箭竹作為亞高山常綠針葉林灌木層的優(yōu)勢(shì)種、建群種，個(gè)體數(shù)量多，生長(zhǎng)密度高，且竹子屬于無(wú)性繁殖，迭代速度快。因此箭竹的這些特性可以滿(mǎn)足大熊貓的食量需求。箭竹屬植物是大熊貓的基本食物，被稱(chēng)為主食竹，這也是一種協(xié)同進(jìn)化的結(jié)果。

根據(jù)野外調(diào)查資料顯示：大熊貓?jiān)诶浼瘢˙ashania fangiana）林里的活動(dòng)痕跡點(diǎn)最多，可占該地痕跡點(diǎn)總數(shù)的52.92%，其次是短錐玉山竹（Yushania breuipaniculata），約占17.18%，第三是拐棍竹（Fargesia robusta），約占17.04%，大熊貓經(jīng)常采食的箭竹種類(lèi)還有： 八月竹（Chimonobambusa szechuanensis）、刺黑竹（Chimonobambusa neopurpurea）、華西箭竹（Fargesia nitida）等。

在進(jìn)化過(guò)程中，大熊貓為了吃竹子也是很拼的，發(fā)生了一系列改變，比如：

1. 改變飲食與增大食量

大熊貓?jiān)緦儆陔s食動(dòng)物，食譜本應(yīng)和現(xiàn)在的熊類(lèi)似。它的腸子很短，很難消化結(jié)構(gòu)緊實(shí)纖維粗糙養(yǎng)分不高的竹子，所以，大熊貓每天花費(fèi)大量時(shí)間進(jìn)食大量竹子才能滿(mǎn)足新陳代謝的需要，保證機(jī)體正?；顒?dòng)。以一只體重100千克的成年大熊貓為例,每天會(huì)花12～18個(gè)小時(shí)進(jìn)食：若以竹稈為食，日食量約17千克；若以竹葉為食，日食量約10～14千克；若以竹筍為食，則日食量約40千克。

2. 橈骨進(jìn)化

大熊貓?jiān)谶M(jìn)化過(guò)程中，其體型、食性都不太能夠適應(yīng)新的生境變化，本該與同時(shí)代的劍齒象、劍齒虎等一起滅絕的，但是雜食的特性挽救了大熊貓，并讓它越來(lái)越熱衷于植食性。為了進(jìn)一步適應(yīng)取食箭竹，大熊貓?jiān)谑滞笊线M(jìn)化出一塊叫“橈側(cè)籽骨”的骨頭，使它能更好地抓住竹竿，不易滑落。

大熊貓抓握和咀嚼竹子（Sharon Fisher攝，王曉鳴供圖）

3. 其他改變

大熊貓還進(jìn)化出令人驚嘆的超低代謝率，以適應(yīng)竹子帶來(lái)的超低能量獲取率，包括吃肉不香的基因突變，也是在大熊貓演化出食竹傾向之后，才逐漸形成的以箭竹為主食竹的特殊生物生態(tài)學(xué)習(xí)性。

Fargesia spathacea Franch箭竹

結(jié)語(yǔ)

現(xiàn)在你明白“滾滾”的生存智慧了么？

大熊貓生活在第三紀(jì)保存下來(lái)的寒溫性冷云杉植物組成的亞高山針葉林植被類(lèi)型自然棲息地，吃著第三紀(jì)殘遺下來(lái)的禾本科箭竹類(lèi)植物，最終成功地走過(guò)800萬(wàn)年。這是一幅獨(dú)特又罕見(jiàn)的生物地理群落景觀圖，不僅是生物演化的巧合，更是杰作！

作者：仇瑩瑩

作者單位：中國(guó)科學(xué)院成都生物研究所，中國(guó)科學(xué)院成都分院

特別鳴謝：中國(guó)科學(xué)院成都生物研究所生態(tài)研究中心研究員陳慶恒

本文來(lái)源于“科學(xué)大院“公眾號(hào)，轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明公眾號(hào)出處