文 ｜ 《大陸科學報》記者 胡珉琦
長頸鹿的脖子為什麼那麼長？這既是孩子十萬個為什麼裡的經典問題，也是演化生物學史上的一個旗幟性論題。
人們普遍相信，長脖子與獲取高處食物有關。但部分科學家卻始終抱有另一種猜想：長脖子是為了找「老婆」。只不過，他們一直苦於證據不足。
6月3日，《科學》發表了一項由大陸科學院古脊椎動物與古人類研究所（以下簡稱「古脊椎所」）主導的研究，以全新的發現沖擊了這一問題原有的答案。
這個故事還得從一頭來自新疆準噶爾盆地的「怪獸」說起。
長頸鹿類雄性鬥爭的對比，前景為獬豸盤角鹿，遠景為長頸鹿 （王宇、郭肖聰復原） 古脊椎所供圖
「怪獸！怪獸！」
1996年，新疆烏倫古河流域富蘊縣與福海縣交界處的一個小山梁上，響起了古脊椎所客座研究員孟津的陣陣驚呼聲。
「怪獸！怪獸！」
和他一同在那裡進行古生物科考的古脊椎所研究員葉捷和吳文裕聞訊從正在測量的化石坡面往上爬。一見到那具化石時，他們也怔愣住了。
這是一件大型反芻動物的腦顱化石，腦顱骨壁異常厚實。最為奇特的是，其腦袋頂上長著一個巨大的圓盤，完全覆蓋了頭頂，就像一頂帽子。可他們從未見過這樣的「角」。
不僅如此，研究人員進一步觀察發現，它的頸椎異常粗壯，具有非常龐雜的頭頸和頸間關節。在之後的考察中，研究人員在同期地層中陸續發現了幾十件同類標本。他們傾向於認為這是為了適應劇烈碰撞行為而產生的結構，因此推測，「怪獸」也許和牛科動物比較接近。
此後20多年，古脊椎所許多研究人員都見過這些標本，卻始終沒人能鑒定距今1700萬年的「怪獸」的分類學屬性。
直到2015年，葉捷把寶貝似的捂在手裡的化石交給了年輕的王世騏，「怪獸」的身世之謎才最終被揭開。
借助高分辨率的CT掃描和三維重建技術，古脊椎所研究員、論文一作王世騏抓住了內耳這個重要結構。
近年來，他與來自歐洲的研究團隊合作，獲取了大量牛科、鹿科、麝科和長頸鹿科動物化石的內耳結構資訊，發現這一結構是有明確的系統發育意義的。因此，內耳的形態在反芻動物的分類中可以起到關鍵的判別作用。
「我們發現，‘怪獸’的內耳與之前認為的最有可能的牛科截然不同，與鹿科、麝科等也不同，反而與現生的長頸鹿在關鍵特征上是一致的。」 王世騏說。
這一發現讓研究團隊豁然開朗。過去，在牛科、鹿科和叉角羚科中，從來沒有過從頂骨中心生長的獨角，但長頸鹿的角卻可以長在那裡。甚至在化石長頸鹿中，曾有一種非洲早中新世發現的原利比亞獸，就是在頂骨中心生長出了一個掌狀的大角，與「怪獸」已經很接近。
研究團隊終於確定，「怪獸」就是早期長頸鹿類群，並將其命名為獬豸盤角鹿。
史上最適合碰撞的動物
獬豸盤角鹿在腦顱之後聯接著四節異常粗大的頸椎，頸椎與頭骨之間，除了正常的轉動功能，還發育了一個異常增大的限位關節，其後的各頸椎之間也多少發育了附加的限位關節。這樣的結構讓王世騏不禁聯想到，獬豸盤角鹿可能具有非常激烈的頭對頭的碰撞行為。
這時，有著生物力學研究背景的他充分發了自己優勢。研究團隊利用有限元力學模擬證實了，這些結構特征對於維持碰撞中的穩定性是不可或缺的，對避免頸部折斷十分必要。
「我們對比發現，盤角鹿在頭對頭碰撞中的力學性能比麝牛、盤羊這些現生動物還要強，他很可能是生物演化史上最適合碰撞的動物。」這一奇觀讓王世騏興奮異常。
除了盤角鹿，研究團隊還把視野擴展到了整個長頸鹿家族。根據各種化石長頸鹿的記錄，他們梳理髮現，家族成員們的角長得八門五花，多樣化程度遠高於現生牛科和鹿科動物。
「角的不同形態代表了雄性不同的打鬥方式，長頸鹿類多樣化的角的形態，則反應出它們在演化中產生了非常多樣的雄性打鬥方式。」他告訴《大陸科學報》。
動物間的碰撞是一種極端的雄性間求偶競爭行為，在哺乳動物的演化中，這種激烈鬥爭無外乎是為了獲得雌性的青睞。他解釋，無論是異常粗壯的頸椎和非常龐雜的頭頸關節，還是多樣化的角的形態，長頸鹿家族演化出的這些極端的鬥爭武器，都是為了使雄性能夠贏得交配權的競爭，從而使它們的基因得以流傳。
研究到了這一階段，也進入了最激動人心的部分。
眾所周知，現生雄性長頸鹿在求偶鬥爭中，會甩動長脖子，用頭部打擊對手，如同使用流星錘的武士，頸部越長，打擊對手就越有效。會不會從一開始，長頸鹿演化出長脖子的形態，就是求偶競爭的結果？
先食後性，還是先性後食
長頸鹿是非洲稀樹草原的旗艦物種，它脖子的總長度可達2.5 米，在動物界獨樹一幟。長頸鹿究竟如何演化出了超長的頸部，早在拉馬克和達爾文時期，學者們就對此爭執不下。
古脊椎所研究員、通訊作者之一的鄧濤介紹，拉馬克認為，長頸鹿是為了努力獲取高處的食物，所以脖子才會變長，這是「用進廢退」理論。達爾文則是用「自然選擇」來解釋。長頸鹿的後代中偶然出現了長脖子成員，它們因為能獲取更多的食物，而在生存競爭中留下來了更多的後代，也使得這種基因得以長久遺傳。
兩種理論雖然對長脖子的演化過程和驅動力的解釋不同，但有一點卻是相同的，那就是都與取食行為密切相關。
直到1996年，國外學者Robert Simmons和Lue Scheepers發表了一項重要成果。鄧濤介紹，他們觀察發現，長頸鹿取食的高度並不是很高，往往不超過2米，如果僅僅為了取食，似乎沒有必要長出這麼長的脖子。
不僅如此，與雌性不同，雄性長頸鹿的頭頸部重量隨年齡始終在增長，而且，雄性的頸部大小還與社會等級直接相關。作者認為，這就是一種強烈的指向，長頸鹿如此特殊的頭頸形態其實是和雌性的選擇有關。這種演化動力也就是達爾文所說的「性選擇」。
那麼，長頸鹿長脖子演化的動力究竟是食還是性？更準確地說，是先食後性，還是先性後食？「在沒有化石證據的年代，這一問題並沒有確切結論，且自然選擇一直占據上風。」鄧濤表示。
獬豸盤角鹿的發現對演化生物學界是個巨大的驚喜，它和其他化石長頸鹿一起從實證層面解釋了，為了求偶而長出極端的鬥爭武器，很可能是刻在長頸鹿家族基因裡的。
最終，研究團隊講述了這樣一個故事：早期的長頸鹿本來就身體比較高大，由於性選擇的加持，發展出來了利用甩動脖子和頭部攻擊競爭對手的方式，使得頸部迅速變長，而這也讓它們占領了取食高處樹葉這樣一個相對邊緣化，但回報頗豐的生態位。這種生態定位決定了它們的演化道路會更加艱難，導致種內的求偶競爭加劇，而極端求偶競爭又進一步促進了極端的形態演化，並使得它們可以在自然歷史的滾滾長河之中歷經艱辛，生存至今……
這個故事雖然不盡完美，但它成功說服了學界同行。審稿人在其審稿意見中表示，這是一項全面且十分令人印象深刻的研究，會引起多個不同領域的科學家和普通公眾的興趣。它用大量的技術手段，確保最準確地描述新的分類單元。基於化石證據和充分的論證，表明一種新的長頸鹿物種對其戰鬥模式表現出了獨特的形態適應能力，並把這種形態武器與性選擇聯絡在一起。在某種程度上，這項研究可能成為未來長頸鹿類研究的關鍵。
相關論文資訊：
http://science.org/doi/10.1126/science.abl8316
