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大型食草哺乳动物的牙齿形态揭示了它们所处的气候和植被状况
2012-03-31 | 编辑: | 【

最近二十年,新生代气候变化的研究已经全面进入了定量化时代,不同学科之间的相互交叉使得定量参数的需求强烈增加,寻找适合的气候量化指标已经成为各个学科最活跃的探索方向。哺乳动物,特别是食草哺乳动物,它们的食物全部来源于陆生植被,而植被又受到温度、降水等气候条件的严格控制,因此,食草哺乳动物的组成结构和地理分布也和温度、降水条件密切相关,是研究新生代气候的理想量化指标。中国科学院古脊椎动物与古人类研究所刘丽萍博士和芬兰赫尔辛基大学的合作团队多年来一直致力于这方面的探索和研究。

3月28日,英国著名的生物学杂志“Proceedings of the royal society B”在线发表了刘丽萍博士主导的最新研究成果。通过分析现生大型食草哺乳动物牙齿冠高、齿脊数和温度、降水、植物净初级生产力等的相关关系,他们发现大型食草哺乳动物牙齿冠高指数及齿脊数和温度、降水及植物初级净生产力之间有着明显的相关性。冠高指数(hypsodonty)是指牙齿高度和长度的比值,比值越大,牙齿越高冠。齿脊数指的是牙齿纵向脊的数目。

在包括年均降水量等8个降水量参数中,冠高指数和最干旱月及最干旱季度降水量的相关性最高,反映了高冠食草哺乳动物对干旱环境的适应性。与之相反,齿脊数和最湿润月及最湿润季度的降水量呈现最好的负相关,而与干旱月及干旱季度降水量的相关性则不明显。在包括年均温度在内的11个温度参数中,冠高指数和温度的相关性不明显,但齿脊数和温度则有着很好的相关性,而且和低温的关联度最高。因此,食草哺乳动物牙齿形态反映了它们对于干旱和严寒两种极端恶劣环境的适应。干旱环境中,草本植物的繁盛和植被表面附着的沙尘对食草哺乳动物牙齿的磨蚀非常强,食草哺乳动物必须发育高冠的牙齿来补偿不断磨掉的冠部,才能维持一个生命周期牙齿的正常功能。而寒冷地区,漫长的冬季缺乏新鲜的食物,大型食草哺乳动物必须以老的或干枯的植物为食,这些高纤维的食物要求牙齿必须有足够的切割能力,因此,高度脊形化的牙齿是对寒冷气候的一种适应。

在以冠高指数均值和齿脊数均值为坐标的二维空间中,现代几种主要生态区(热带亚热带阔叶林;热带亚热带草地、稀树草原和疏灌丛;荒漠和干燥疏灌丛 ;温带草地、稀树草原和疏灌丛;温带阔叶、混合林;寒带森林/泰加林;苔原)的分布格局与它们在年均温度和年均降水量为坐标的二维空间中的分布格局相当一致(图1),热带的雨林、草原和荒漠依次向着齿冠高度和齿脊数增加的方向排列,湿润的阔叶林、落叶林和针叶林沿着齿脊数增加的方向纵向排列,而干旱的温带草原和苔原则更偏向高齿冠方向。

温度和降水是决定植物初级净生产力(NPP)的重要气候因子,因此,食草哺乳动物牙齿冠高及齿脊数和植物初级净生产力也很自然的呈现出高度相关,相关系数高达0.73。以现生哺乳动物牙齿冠高均值和齿脊数均值为变量,通过线性回归方法,可以得到年均温度,年均降水量和NPP的计算公式。化石食草哺乳动物是新生代最普遍的化石类群,因此,这种方法可以用于计算古温度、古降水和古NPP。用同一种指标同时计算古温度、古降水量和古NPP,这在地学界还没有先例。特别是古NPP,地学界目前还没有任何一个实物指标可以进行古NPP的计算,只能依赖植物模型,因此,本项研究具有开拓性的意义。植物初级净生产力(NPP)之所以重要,是因为它代表了陆地上的植物每年通过光合作用固定CO2 的总量,是研究大气碳循环的一个核心指标。

本项研究得到了国家重点基础研究发展规划项目(973项目)和自然科学基金的资助。

 

 
附件
Dental functional traits of mammals resolve productivity in terrestrial ecosystems past and present.pdf
◎ 中国科学院古脊椎动物与古人类研究所
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