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大象的鼻子为什么那么长,你可以问问它们奇葩的下巴 精选

已有 3357 次阅读 2019-4-9 12:10 |系统分类:科普集锦

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  我们从小就知道大象的鼻子几乎是无所不能的。

  不光是用来呼吸的,你可以将它比喻成一只手、一条腿、一个信号接收设备、食物抓捕设备、抽水机、除尘机、挖掘机等等。

  具体说来,大象会拿它来抓住食物吃,用它吸水喝或冲澡,用它当武器踢倒敌人。

  

  又或者是拿它擦眼睛、向情敌示威,以及用它打招呼、走路等等.....

  比起奇特的长鼻子,很多人不知道大象是除了人类以外唯一有下巴的哺乳动物。

  更奇特的是,大象能进化出如此长的鼻子,跟它的下巴有着一段很深的渊源。

  而这一切,还得从那些史前灭绝的大象祖先们开始讲起。

  

  一提到大象的祖先,可能很多人会想到的,是距今4700万年前出现的始祖象。

  从外表来看,它很像是貘和河马的合体,个头只有猪那么大。

  它并没有现代大象的长鼻子,但鼻孔和嘴唇连在一起,也能灵巧地搜寻食物。因而被认为是象鼻的雏形。

  又因为它的牙齿部分特征与现代象类似。所以,人们起初误以为是现代大象*最原始的祖先。

  但其实,它只是古象中灭绝的一个分支而已。

  *注:目前世界上仅存三种大象,分别为亚洲象、非洲草原象和非洲森林象。除此之外,本文提到的其他象均已灭绝。

  

  始祖象(Moeritherium,意为来自摩里斯湖的野兽)

  又过了1200万年,出现了一种萌发了乳牙的古乳齿象。

  目前科学家认为,古乳齿象才算是是真正的大象始祖。

  当时,这种象生活在现今北非的撒哈拉大沙漠附近。

  然而在那个年代,滴水不见的沙漠地带其实是一大片一大片的沼泽。

  这也就意味,大象最早的祖先大部分是生活在水中的。

  

  古乳齿象

  在这基础上,就有了潜水呼吸说来解释大象鼻子存在的原因。

  为了方便在沼泽中游泳,大象演化出向前突出的鼻子,以便于伸出水面进行换气。

  然而,随着森林气候的变化,比如森林消失,海洋河流逐渐干涸等地理因素。

  这些古老的大象不得不被迫在陆地上生活,但鼻子却保留了下来。

  

  这个假说是目前认为最为合理的解释,但它还是没有解决一个问题。

  也就是,为什么后来大象的鼻子越来越长呢?

  从化石复原图来看,大象的祖先古乳齿象的鼻子是较为短小的。

  反倒是它那扁平的下齿就像是一把巨大的铲子,十分锐利。

  科学家推测它们的下齿结构是方便在沼泽觅食时,将水中的植物捞起。

  

  古乳齿象的头骨图

  实际上,当古老大象转移到陆地生活后,情况就发生了新的改变。

  通常而言,陆地上食草动物的身材需要比食肉动物高大得多。

  因为这样有助于采摘更高地方的树叶等植物。

  为了生存,大象也得做出适当的改变。

  于是,大象的体型也越长越大,越长越高,脑袋离地面越来越远。

  

  猛犸象

  可要吃地面上美味的小草时,该怎么办呢?总不能眼巴巴地放弃?

  很多动物比如马、牛、长颈鹿、骆驼是通过伸长脖子完成的。

  因为长脖子能保证它们的嘴够得着地面,不至于趴在地上吃草。

  这样一来,无论是高处还是低处的食物,都能够很好地享用了。

  

  可相比于其他动物,大象的脑袋则相对比较沉重。

  脖子再长的话,就得有强大的颈部肌肉才能使头抬起来。

  到时加上它尖利的牙齿,这样头部的重量差不多都有好几百公斤。

  如果它老是要大幅度动用脖子的话,非得在肩膀上装个起重机才行。

  既然此路不通,那些古老的大象只好另辟蹊径了。

  

  铲齿象,距今约1500万-400万年前,中新世

  那我们先看一下那些灭绝的大象是怎样进化的?

  它们选择了十分简单粗暴的方法。

  脖子不行是吧,那就拼命拉长下巴呗。所以,它们逐渐拉长下颚骨,以便能够到地面上的食物。

  有些大象的下颚骨又长又宽,还会长出一对粗大的獠牙。

  其中一个极端例子,便是在中新世时代所出现的十分奇怪的象类。

  它的下颌极度拉长,其前端并排长着一对扁平的下门齿。

  

  因为形状恰似一个大铲子,因而得名铲齿象。

  它奇怪的嘴巴看起来像是鸭子、野猪和象拔蚌的杂交品种。

  起初,大家认为铲齿象是在泥地和沼泽里觅食的。

  然而,研究发现铲齿象和现代的大象一样,吃的是树上的东西。

  通过显微镜查看了这类铲食官的牙齿,科学家发现上面并没有拿牙齿铲地留下的痕迹。

  反倒是上面有很多类似被树皮树枝摩擦摩擦的痕迹。

  

  铲齿象的骨骼

  看到这里,你脑海里是否浮现出一个板牙突出的生物用它的嘟嘟嘴啃咬树枝的样子。

  这诡异的画面,恐怕会让人不禁感叹生存的艰难呀。这侧面看出当时大象的下巴还是很有用的。

  跟铲齿象约同一时期的恐象,则演化出了另一个方向。

  它就是只长了两颗长长的下牙的恐象。

  恐象生活在中新世到更新世的亚欧非地区,最大个体可达12吨,体长接近8米。

  

  恐象

  跟现代象不同,长在它身上的獠牙不是向前生长,而是如钩子般朝地面弯曲。

  那么,这种又短又弯曲的象牙究竟有什么用呢?

  说到底,还是为了解决吃这个象生难题。

  科学家猜测:恐象有可能是用獠牙推到树枝来吃树叶,又或者用来挖树皮。

  

  恐象的獠牙

  而对现代象的先辈们古乳齿象而言,它们那越来越长的下巴,开始影响它们行动的灵活性了。

  厚重的头颅、长长的獠牙,加上较短的鼻子,使大象的重心往前移。

  为了让头颅保持垂直状态,它们往往需要消耗大量的能量。

  越长越大的下巴也开始成了鸡肋,无法撑住大象的重量了。

  

  左为猛犸象,右为美国乳齿象

  更为棘手的是,大象还因为太过厚重的脑袋够不到高大树木上的叶子。

  与此同时,硕大的下巴却也使它们无法取食地上的青草。

  眼看着就没办法生存了,它们得想办法减轻头部的重量,使重心后移。

  所以,经过多代的进化,大象的头和下巴变得越来越短了。而与上唇连在一起的鼻子则变得越来越长,越来越灵活了。

  而那些没来得及进化出长鼻子的大象失去竞争优势,再加上气候变化使生存环境越来越恶劣,就陆续灭绝了。

  

  不管怎么说,大象的鼻子大致经历从无到有,从短变长的过程。

  这才有了现代大象那般修长、发达的鼻子。

  别看大象的鼻子十分柔软灵活,它可足足包含4万块肌肉。

  而由于上颌神经和面神经形成独特的长鼻神经,使其成为大象身上功能最多的器官。

  通过精确协调的肌肉收缩运动,大象的鼻子能做到许多事。

  它既能举起几百公斤的重物,又能非常温柔地擦拭自己的眼睛。

  

  那么,谁能解答蜡笔小新里的歌词:“大象,大象,你的鼻子怎么这么长?”

  2015年发表的一篇论文认为长鼻子是它维持大象体型的关键。

  一般而言,新陈代谢消耗的能量也与体型呈现正相关。

  体型越大,越需要大量进食,否则就容易被饿死。

  研究者认为大象的鼻子相当于一个软的口腔,能增加大象一次性进食量,使其进食量能够与体重相称。

  

  不光如此,它还大大提升了大象进食的质量。

  因为体型巨大的大象,一般会选择比较大型的植株。

  然而植物随体积增长,叶子的比例和含氮比例都会降低。

  若是仅仅一股脑儿吃进口中,摄取营养的效率很低。

  这就要求它们在吃进食物之前,通过鼻子选出最富有营养的叶子。

  

  对此,光是大象的嘴巴是无法做到的,唯有象鼻这样灵活器官充当软口腔才能做到。

  由于软组织很难留下化石。所以目前仍缺少足够的证据,来证明是它决定了象鼻的进化。

  但它也是迄今为止最靠谱的假说,科学家正卖力研究中。

  

  关于象鼻值得振奋的一点是,德国工程师根据其特点,开发出了一种完美机械臂(鼻)。

  它不仅优雅灵活伸紧自如,还能模仿大象用鼻子卷起物体的动作。

  即是通过伸展和卷曲来进行搬运、装卸的工作,从而帮助人类组装零件等。

  这一创新发明将解决长期困扰工业机器人的安全问题。

  

  不得不提及的现实是,几个世纪以来,为了满足世界对象牙的需求,现代大象常常遭到杀戮。

  虽说从1989年开始国际上就严令禁止象牙交易,现代的大象认为受到人类的威胁。

  这其中,自然环境的破坏也陆续成了关键性的因素。

  很多人可能想不到,我们熟悉的大象早已是需要人类保护的濒危动物了。

  希望在将来,我们不要只看到冷冰冰的机械鼻,而再无大象几百万年演化出独特鼻子。

  *参考资料

  Festo Turns Elephant’s Trunk into Awesome Robot Arm (video)

  Larramendi, A. (2016)."Shoulder height, body mass and shape of proboscideans"

  Barry Cox, Colin Harrison, R.J.G. Savage, and Brian Gardiner. (1999): The Simon & Schuster Encyclopedia of Dinosaurs and Prehistoric Creatures: A Visual Who's Who of Prehistoric Life.Simon & Schuster.

  刘后一.大象的鼻子[J].化石,1978(03):7-8.

  大象的鼻子为什么这么长|真问真答 作者:沙森 大象公会 2017-11-02



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