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熊猫:我酷,我骄傲

(2015-12-15 14:40:15)
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杂谈

关于大熊猫的生物学,有一点可能是地球人都知道的:它是由食肉动物演变而来的食草动物。哺乳动物的食肉目包括几个科,如犬科(狼、狗和狐狸等)、猫科(狮子和老虎等)、鼬科(黄鼠狼等)、鳍足类(海豹、海象和海狮等)以及熊科(各种熊)等。除了熊之外,所有上述动物都是专门以捕食其他动物为生。因为肉类比较容易消化,食肉动物的一个显著特征是具有短小而简单的消化道,例如家猫消化道的长度还不如小鼠。除北极熊外,其他熊的食谱中都包含了数量不等的植物性成分,比如美国的棕熊会季节性地取食浆果。而大熊猫则将这一习性发挥到了极致——几乎只吃竹子。


熊猫:我酷,我骄傲

从化石记录来看,大熊猫开始吃竹子始于700万年前,但变成彻头彻尾的植食动物却是后来的事情(大约220万年前)。有意思的是,大熊猫体内的鲜味受体发生了基因突变,而鲜味受体与肉味的感知密切相关。肉类味觉的丧失和植物性食谱的出现,哪一个在先,目前尚存在争议。有人认为,这个突变很可能是导致它们专门取食植物的驱动力。但是也有人认为,以竹子为食其实发生在鲜味受体功能性基因突变之前。因为丧失品尝肉味的能力对一种肉食性动物而言是非常不利的,因此这一突变可能很快就会被淘汰掉。相比之下,从自然选择的角度来说,植食性动物失去品尝肉味的能力的影响则是中性的,因此有可能通过遗传漂变这一中性的过程在整个种群中传播开来。遗传漂变的过程对大熊猫基因组的形成可能起着至关重要的作用,大熊猫的种群数量一直很低,这有利于遗传漂变的发生。支持这一观点的是,鲜味受体的突变据推测大约发生在450万年前,远远晚于大熊猫开始吃竹子的化石证据。


尽管大熊猫有许多吃竹子相关的适应性特征,比如一个额外的“拇指”方便握住竹笋,比如发达的下颌肌肉有助于它们咬断坚硬的竹茎(这赋予了它那标志性的圆脸),但是,大熊猫的消化道并没有发生适应性的改变。大熊猫具有和狮子一样的消化道:对于消化肉类非常理想,但消化竹子的效率很低。因此,它们需要吃大量的竹子,而摄入的竹子几乎是毫无损伤地通过了消化系统,只有很少能被吸收。大熊猫平均每天需要取食10~20千克的竹子。取食如此大量的竹子成为它们每天生活中非常重要的一部分。


熊猫:我酷,我骄傲

长期以来科学家们推测,大熊猫能以如此低营养的竹子为生,必须具有非常低的代谢率。笔者及同事应用了一种叫做“双标水”的方法,通过测定动物体内稳定同位素消除的速率,测定了北京动物园5只圈养大熊猫和陕西省佛坪自然保护区的3只野生大熊猫的代谢率。得到的结果是,大熊猫的代谢率非常之低。校正了体重(我们所测定动物的平均体重为92千克)的影响后,大熊猫的代谢率远远低于几乎所有其他的哺乳动物,这其中包括人们公认的代谢率很低的考拉和针鼹。相对来说,大熊猫的代谢水平与三趾树懒相当。实际上,与体重90千克的哺乳动物相比,大熊猫的代谢率更接近体重90千克的爬行动物。我们常常认为,由于“树懒型”生活方式,现代社会里人们的代谢率非常低下。但与大熊猫和真正的树懒相比,我们就像装上了增压发动机的赛车。我们所测定的8只大熊猫平均每天才消耗520万焦耳的能量。相比之下,生活在现代社会中的一个体重90千克的人每天要消耗约1200万焦耳的能量!


熊猫:我酷,我骄傲
↑↑ 三趾树懒


那么,大熊猫是怎样实现如此低的能量利用率的?人体所消耗的大部分能量主要是提供给相对少数的“大功率”器官的,比如我们的大脑、肾脏、心脏和肝脏。我们根据历史上的解剖数据发现,相对它们的体型来说,大熊猫的内脏器官显得特别小。如果按照体重90千克的哺乳动物所应具有的内脏器官的大小来看,大熊猫的大脑只有所应大小的82%,肾脏只有74.5%,肝脏则更是只有62.8%。此外,如果你曾去动物园看过大熊猫,一定会知道它们一点都不活跃。在野外,它们相对活跃一点,但也不能算很活跃。实际上,利用GPS记录仪,我们发现野外大熊猫平均的移动速度只有26.9米/小时!野生大熊猫一天当中移动的距离可能不到200米!


熊猫:我酷,我骄傲


如此低的代谢水平,大熊猫又是如何让自己保持温暖的呢?答案是,大熊猫具有非常厚的皮毛,尽管它们的栖息地位于亚热带。厚厚的皮毛有效地将它们低水平代谢所产生的有限热量保持在体内,以维持它们的体温。这样一种策略带来的直接后果是,在周围空气温度相同的条件下,大熊猫的体表温度(通过热成像照相机测定)比其他体色也为黑白相间的动物,如斑马、达尔马提亚犬(斑点狗)或荷斯坦奶牛(黑白花奶牛)等,要低大约10℃。这样看来,大熊猫真的是很“酷”!


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本文来源于“科学世界”微信公众平台

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