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从吃肉到吃竹子,熊猫的进化很失败吗?

真正失败的物种已经不存在了

从吃肉到吃竹子,熊猫的进化很失败吗?

熊猫爱吃竹子,这是每个人都知道的事实。它们抱着竹子憨态可掬的样子,也是最圈粉的萌点之一。那竹子既然素的,为什么又说大熊猫不是吃素的?那是因为我们没见过大熊猫吃肉的凶残模样。

从吃肉到吃竹子,熊猫的进化很失败吗?

大熊猫咬死蓝孔雀

上世纪70~80年代,大熊猫栖息地的大规模“竹子开花”,就把国宝们逼上了吃肉之路。竹子开花往往是整片的竹林开花,花开后竹子就会大片大片地枯萎死去。而大熊猫们也面临着断粮的危机。当时,就有不少大熊猫闯进了附近的村庄,牲畜纷纷遭殃。不过,村民并不会怪罪国宝,反而是投放各种羊肉、玉米馍、羊骨、猪排等,以引诱大熊猫下山,饲养受灾大熊猫。

当然,在没东西吃的情况下,人都会发生“易子而食”等恐怖事件。但即便不是竹林开花,野生大熊猫也经常被人类拍到啃食动物尸体的“丑照”。而研究人员也曾在熊猫的粪便中,发现过各种野生动物的残骸。偶尔在竹林中遇到中暑的竹鼠,野生大熊猫也绝不心慈手软。有时候在动物园里,饲养人员还会专门给熊猫喂一些碎肉加餐。

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只是,2011年“熊猫吃肉”的照片流出,在网上还是引起了小规模轰动。因为这根本不符合大熊猫平日的形象,人设完全崩塌。事实上,不少素食动物偶尔也会开个荤,偷偷给自己加餐。毕竟动物的食性都是充满弹性的,素食动物吃肉并非什么罕见现象。但对于熊猫来说,吃肉则更是理所当然了。

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因为熊猫本身就属于杂食性动物,被归到哺乳纲、食肉目下。我们熟悉的狮子、老虎、豺狼等猛兽就都被分到该目了,基本上都是无肉不欢的。现在看来,在自然择食状态下竹子几乎是大熊猫唯一的食物来源,占了全年的食物量的99%。但大熊猫的祖先,其实就是正儿八经吃肉的猛兽。而直到现在,滚滚们也依然保留着一副适合“吃肉”的躯体。

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此为后期处理过的图

例如大熊猫的消化道结构,就与其他食肉类动物更为相似。从消化系统上来区分,真正的食肉动物消化道是很短的,通常只有体长的几倍。而草食性动物的消化道则十分崎岖,一般为体长十到二十几倍。此外,像牛和羊这类反刍动物还能利用自己多个胃室反刍,更进一步吸收植物的营养。也就是说,吃下去到达胃部的食物,它们还能逆呕至口腔,进行二次咀嚼。

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反刍动物的四个胃(箭头为食物的流动方向示意)

然而,长期吃草的大熊猫,它们的肠道却短得可怜,和普通食肉类动物无异。而且,我们的国宝大熊猫只有单胃,结构也极其简单。它们没办法像这些反刍动物那样,充分地吸收竹子中的纤维素。一般来说,竹子只能在大熊猫的肠道中停留4至12小时,对竹子的利用率很低。此外,研究也表明大熊猫肠道菌群与食肉类也相似,基本无能力降解竹子中的纤维素。

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所以我们看到的国宝粪便,纤维素是消化得很不充分的。拉出来的叶还是那个叶,枝还是那个枝,还带着竹子的清香。而这些高纤维含量的粪便,经过一系列工序后甚至还能被制成工艺纸、贺卡等工艺品。中国大熊猫保护研究中心就是这么干的,他们就曾推出过一款“大熊猫便便纸”。

其实,也正是大熊猫的这些谜之操作,才让分类学家为大熊猫的身份头疼了一个多世纪。1869年,法国传教士阿尔曼·戴维首次将一张大熊猫皮(戴维称之为“黑白熊”)运到了法国巴黎自然历史博物馆。当时的馆长就认为,这是与小熊猫和浣熊相似的另一种熊猫,于是将其命名为“黑白熊猫”(Ailuropoda melanoleuca)。又因为要与小熊猫的俗名Panda区分,大熊猫才被称为Giant Panda。尽管这一判断是错误的,但这也成了大熊猫沿用至今的“身份证”。

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法国传教士阿尔曼·戴维

其实也很好理解,为什么会有人误以为大熊猫和小熊猫关系很亲。毕竟大熊猫和小熊猫都是以竹类为生,且在四川西部的横断山地同域共存。而为了吃竹子,大熊猫和小熊猫在长期的演化中也出现了许多相似的形态特征。例如有利于咀嚼肌肉附着的粗大颧弓;适合压榨和咀嚼竹子的尖颊齿和瘤突。

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大熊猫的“六个手指”

而最明显的,还属它们都特化出了非常特殊的“伪拇指”(pseudo thumb)。所谓伪拇指,指的是腕部桡侧一块籽骨的膨大,这能使它们在抓握竹子时更加高效省力。但近年来化石和分子生物学等证据已经表明了,大熊猫和小熊猫的亲缘关系是较远的。远在4000多万年,这两种熊猫就分道扬镳了。而它们在形态特征上的相似,主要是因为趋同演化的结果。

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到20世纪80年代,大熊猫才摆脱了被列入浣熊科的危机,被归入了熊科,大熊猫亚科。所以现在我们可以总结为,大熊猫就是大熊猫。从1000万年前的中新世晚期开始,大熊猫和早期似熊类动物就已经开始分家,各自平行发展了。到800万年前,大熊猫的祖先——禄丰始熊猫(Ailurarctos lufengensis)也登上了演化的舞台。

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禄丰始熊猫复原图

根据禄丰始熊猫的牙齿化石结构来分析,那时它们也还是杂食性的,有着很广的食谱。大约是在700万年到200万年前,大熊猫的祖先才开始变成一位素食主义者。那好好地喝血吃肉不就好了嘛,为什么偏偏要啃又柴又干的竹子?现有研究显示,现在的大熊猫已经“食不知肉味”了,犹如一台没有感情的吃竹子机器。

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我们之所以觉得肉比青菜好吃,一种重要原因是我们能尝到肉的“鲜味”。而鲜味来源于各种氨基酸,是富含蛋白质的信号。这类物质与我们味蕾上的鲜味受体结合,就能让我们感受肉的鲜美。但大熊猫就比较惨了。它们体内用于编码鲜味受体的Tas1r1基因却发生了假基因化。所谓假基因是指与正常基因相似,但却失去正常编码相应蛋白功能的基因。这使得大熊猫在吃肉时,根本不知道鲜味为何物。

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Tas1r1基因在小熊猫和大熊猫都发生了假基因化,但北极熊、雪貂、狗和老虎的基因则正常

而同样选择了吃竹子的小熊猫,其Tas1r1基因也发生了假基因化。所以,小熊猫和大熊猫是一样尝不到肉香的。大熊猫Tas1r1基因发生突变的时间节点,大约是在420万年前。那时,正好处于大熊猫逐渐“弃肉从竹”的时期。但比较难说清的是,究竟大熊猫是尝不到肉味才开始吃竹子的,还是说吃竹子后开始尝不到肉味的。

从吃肉到吃竹子,熊猫的进化很失败吗?

始熊猫生活温湿的热带环境,与禄丰古猿、剑齿虎、乳齿象、三趾马等热带动物生活在一起。这也是更新世著名的“大熊猫—剑齿象古生物群”。然而因为熊猫的祖先防御能力较差,与其他猛兽竞争起来还是有些力不从心。打不过,躲还不成?所以它们就经常会匿藏在盆地周围的灌丛和竹林里。面对这一片片无人问津的竹林,大熊猫也发起了公投,这时吃肉或吃竹子就成了一个问题。

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或许及时地改变自己的食性,正是大熊猫能活下来的重要原因。要知道,当时与大熊猫作伴的一批食肉猛兽,基本都已经绝了后。而选择了吃竹子的大熊猫则以“活化石”之名,好歹还活了下来。所以说在排除掉人类活动影响的情况下,大熊猫并非陷进了进化的死胡同。它们反而很好地把握住了机会,成了残酷演化史上难得的一位成功者。

我们都知道,吃素给机体带来的营养远没有吃肉来得多。而为了满足日常能量的摄入与支出平衡,有的素食动物会选择增加摄食量与摄食时长,又或是减缓自身的新陈代谢能力。例如树懒的基础代谢率,就还不到其他同等大小的哺乳动物的一半。更极端的还数考拉,它们每天就能睡22小时,剩下的大部分时间则是在吃桉树叶。

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而他们的共同点,都是食物营养不够,用“懒”来凑。但论起懒来,我们今天的主角大熊猫也不赖。野生的大熊猫,平均每小时的移动距离也只有20米左右,多的一步都不想走。此外它们每天还会花超过半天的时间休息,其余的时间则用来啃竹子。所以,大熊猫的能量代谢率也是非常低的,能与树懒比肩。也就是说,咱们的国宝也已经走上了节能这条路,用低耗能来抵抗食物的营养匮乏。

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还有研究显示,对于大熊猫来说,竹子其实真没想象中的那么差劲。毕竟大熊猫吃竹子,也是有着自己的一套机智策略的。通过大量觅食,大熊猫总是能选出营养最优的竹子种类与部位。例如竹笋就是最有营养的。而因为海拔不同,每片竹林竹笋冒头是有时间差的。所以野生大熊猫就总是一路追寻竹笋的步伐,一边迁徙一边吃。

此外,就算大熊猫明面上是吃素的,但从其营养结构分析它们也透露着肉食的特征。例如最近的一项研究就指出,大熊猫的能量有48%~61%都是由蛋白质提供的。而从蛋白质的构成来看,大熊猫完全就是超级肉食类,与其他植食性动物有着显著差别。这样看来,大熊猫即便难以消化竹子中的纤维素问题也不大。它们吃的是竹子,但获得的却是丰富的蛋白质,算是强行挽回了“食肉目”最后的尊严。

当然,说大熊猫不是吃素的,还有最重要的一个原因。我们常用“不是吃素的”来形容一个人很有本事,不是好惹的,这放在熊猫身上同样适用。在这里要为大熊猫正个名,它们才不是靠卖萌才得以活下来的呢。

*参考资料

龙缘之,刘兵.“竹子开花”与“抢救大熊猫”——对一项有争议的野生动物保护案例的研究[J].自然辩证法通讯,2016,38(02):14-20.

严亚玲.大熊猫的前世今生.化石.2018

胡锦矗.大熊猫的起源和演化.中国林业.2008

魏辅文.大熊猫演化保护生物学研究.中国科学.2018

黄小富 ,张泽钧.大熊猫与小熊猫生态习性的比较 :食物 、体型大小及系统发育的影响.四川动物.2008

大熊猫便便做成纸巾了! 你要不要买一包来擦擦嘴?.成都商报.2017.12.20

Yibo Hu,Qi Wu,Shuai Ma,Tianxiao Ma,Lei Shan,Xiao Wang,Yonggang Nie,Zemin Ning,Li Yan,Yunfang Xiu, andFuwen Wei.Comparative genomics reveals convergent evolution between the bamboo-eating giant and red pandas .PNAS.2017

Yonggang Nie ,Fuwen Wei ,Wenliang Zhou ,Yibo Hu ,Alistair M. Senior ,Qi Wu 1Li Yan ,David Raubenheimer .Giant Pandas Are Macronutritional Carnivores.Current Biology.2019

本文由公众号【SME科技故事】(ID:SMELab)原创

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