中科院研究揭示食草哺乳動物牙齒形態(tài)與氣候和植被狀況相關(guān)性

【資料簡介】

中科院研究揭示食草哺乳動物牙齒形態(tài)與氣候和植被狀況相關(guān)性
       zui近二十年，新生代氣候變化的研究已經(jīng)全面進(jìn)入了定量化時代，不同學(xué)科之間的相互交叉使得定量參數(shù)的需求強(qiáng)烈增加，尋找適合的氣候量化指標(biāo)已經(jīng)成為各個學(xué)科zui活躍的探索方向。哺乳動物，特別是食草哺乳動物，它們的食物全部來源于陸生植被，而植被又受到溫度、降水等氣候條件的嚴(yán)格控制，因此，食草哺乳動物的組成結(jié)構(gòu)和地理分布也和溫度、降水條件密切相關(guān)，是研究新生代氣候的理想量化指標(biāo)。中國科學(xué)院古脊椎動物與古人類研究所劉麗萍博士和芬蘭赫爾辛基大學(xué)的合作團(tuán)隊多年來一直致力于這方面的探索和研究。

3月28日，英國生物學(xué)雜志Proceedings of the royal society B在線發(fā)表了劉麗萍博士主導(dǎo)的研究成果。通過分析現(xiàn)生大型食草哺乳動物牙齒冠高、齒脊數(shù)和溫度、降水、植物凈初級力等的相關(guān)關(guān)系，發(fā)現(xiàn)大型食草哺乳動物牙齒冠高指數(shù)及齒脊數(shù)和溫度、降水及植物初級凈力之間有著明顯的相關(guān)性。冠高指數(shù)（hypsodonty）是指牙齒高度和長度的比值，比值越大，牙齒越高冠。齒脊數(shù)指的是牙齒縱向脊的數(shù)目。

在包括年均降水量等8個降水量參數(shù)中，冠高指數(shù)和zui干旱月及zui干旱季度降水量的相關(guān)性zui高，反映了高冠食草哺乳動物對干旱環(huán)境的適應(yīng)性。與之相反，齒脊數(shù)和zui濕潤月及zui濕潤季度的降水量呈現(xiàn)的負(fù)相關(guān)，而與干旱月及干旱季度降水量的相關(guān)性則不明顯。在包括年均溫度在內(nèi)的個溫度參數(shù)中，冠高指數(shù)和溫度的相關(guān)性不明顯，但齒脊數(shù)和溫度則有著很好的相關(guān)性，而且和低溫的關(guān)聯(lián)度zui高。因此，食草哺乳動物牙齒形態(tài)反映了它們對于干旱和嚴(yán)寒兩種惡劣環(huán)境的適應(yīng)。干旱環(huán)境中，草本植物的繁盛和植被表面附著的沙塵對食草哺乳動物牙齒的磨蝕非常強(qiáng)，食草哺乳動物必須發(fā)育高冠的牙齒來補(bǔ)償不斷磨掉的冠部，才能維持一個生命周期牙齒的正常功能。而寒冷地區(qū)，漫長的冬季缺乏新鮮的食物，大型食草哺乳動物必須以老的或干枯的植物為食，這些高纖維的食物要求牙齒必須有足夠的切割能力，因此，高度脊形化的牙齒是對寒冷氣候的一種適應(yīng)。

在以冠高指數(shù)均值和齒脊數(shù)均值為坐標(biāo)的二維空間中，現(xiàn)代幾種主要生態(tài)區(qū)（熱帶亞熱帶闊葉林；熱帶亞熱帶草地、稀樹草原和疏灌叢；荒漠和干燥疏灌叢 ；溫帶草地、稀樹草原和疏灌叢；溫帶闊葉、混合林；寒帶森林/泰加林；苔原）的分布格局與它們在年均溫度和年均降水量為坐標(biāo)的二維空間中的分布格局相當(dāng)一致，熱帶的雨林、草原和荒漠依次向著齒冠高度和齒脊數(shù)增加的方向排列，濕潤的闊葉林、落葉林和針葉林沿著齒脊數(shù)增加的方向縱向排列，而干旱的溫帶草原和苔原則更偏向高齒冠方向。

溫度和降水是決定植物初級凈力（NPP）的重要?dú)夂蛞蜃樱虼耍巢莶溉閯游镅例X冠高及齒脊數(shù)和植物初級凈力也很自然的呈現(xiàn)出高度相關(guān)，相關(guān)系數(shù)高達(dá)0.73。以現(xiàn)生哺乳動物牙齒冠高均值和齒脊數(shù)均值為變量，通過線性回歸方法，可以得到年均溫度，年均降水量和NPP的計算公式。化石食草哺乳動物是新生代zui普遍的化石類群，因此，這種方法可以用于計算古溫度、古降水和古NPP。用同一種指標(biāo)同時計算古溫度、古降水量和古NPP，這在地學(xué)界還沒有先例。特別是古NPP，地學(xué)界目前還沒有任何一個實(shí)物指標(biāo)可以進(jìn)行古NPP的計算，只能依賴植物模型，因此，本項(xiàng)研究具有開拓性的意義。植物初級凈力（NPP）之所以重要，是因?yàn)樗砹岁懙厣系闹参锩磕晖ㄟ^光合作用固定CO2的總量，是研究大氣碳循環(huán)的一個核心指標(biāo)。（ ）生物谷