明明可以吃肉,大熊猫为啥走上了卖萌啃竹子的不归路

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  该文章授权转载自新发现sciencevie

  (ID:sciencevie)

  几曾见过牛吞鹿,又何曾见过虎吃草?这样的画面不可想象:老虎是纯粹的食肉动物,牛则是如假包换的食草动物……

  那么大熊猫呢?它是食肉动物还是食草动物?

  这个问题要比你想象的复杂得多。鉴于大熊猫早已是全球环境保护的象征,提出和解答这个问题也便有了特别的意义。

  

  大熊猫的主食是什么?

  对此我们再清楚不过:所有人都知道,这些憨态可掬的家伙几乎只吃竹叶、竹枝和竹笋——当然,它们偶尔还会尝点蜂蜜换换口味。从食物判断,大熊猫显然属于食草动物。

  然而,5年来,多项分子生物学研究却带来了让人困惑的结果:大熊猫的消化系统与纯粹的食肉动物一般无二。最新的分析表明,大熊猫的肠道菌群与牛羊不同,却与老虎更为接近。

  

  也就是说,胖墩墩的大熊猫骨子里实际上是个食肉动物。然而正是这种食肉动物,每天却花费14个小时啃食数十千克的竹叶。一种显而易见的食肉动物,数百万年来却吃着完全不合自己胃口的植物性食品。我们不禁要问:作为濒危动物象征的大熊猫,是不是走进了演化的死胡同?它们是大自然的错误吗?

  这种疑问不无理由。以其消化系统构造为例,曾就职于上海交通大学生命科学技术学院的微生物学家薛正晟指出:“一般食草动物的肠道演化出独特的构造,可延长食物滞留在肠道的时间,以充分消化植物性食物;然而大熊猫的消化道却保留了食肉动物的特征,短、直、简单……”一般说来,更长的消化道,有利于纤维素等长链分子的分解和吸收。

  

  离经叛道的食谱

  2010年,科学家完成了大熊猫基因组的测序,对这个问题有了进一步的了解。美国加州大学伯克利分校的遗传学家拉斯莫斯·尼尔森(Rasmus Nielsen)表示:“我们没能在大熊猫的基因组中发现与消化纤维素相关的基因;这意味着,大熊猫对纤维素的消化和吸收完全依赖肠道菌群。”

  

  事实上,当时所有科学家都是这样想,因为研究表明,肠道菌群的构成,深受食物成分的影响。“人们称这些微生物为‘第二基因组’或‘被遗忘的器官’。它们的存在,确保了关键新陈代谢功能的正常运作,因为单靠宿主的身体,往往无法完全实现这些功能。例如在食草动物体内,肠道菌群就对吸收植物多糖中的养分起着无可替代的关键的作用。”薛正晟介绍道。

  然而,这位科学家对45只野生与圈养大熊猫的肠道菌群的最新分析显示:大熊猫的肠道生态系统完全不适应其富含植物纤维的饮食。薛正晟指出:“大熊猫肠道菌群的主要成分与典型的食肉动物肠道菌群十分接近,大肠杆菌、志贺氏菌和链球菌等;而那些能够分解纤维素的细菌,如瘤胃菌和拟杆菌等,则几乎不见踪影。”

  

  2015 年年初,一个中国的科研团队发现,大熊猫体内的微生物构成具有典型的食肉动物特征。

  考虑到四川的山林中历来不缺可捕食的小动物,我们如何解释大熊猫完全转变为素食这反常现象?换言之,究竟是出于怎样的原因,使得大熊猫放弃了富含营养和能量的肉食,转而完全靠吃竹子为生?

  对此,生物学家提出了多种假说。首先,有些科学家认为味觉的变化是造成大熊猫食物改变的主因,毕竟,味觉对于食物的选择是至关重要的。

  英国贝德福德大学的生物化学教授詹姆斯·克拉布(James Crabbe)指出:“对大熊猫基因组的分析表明,大约在420万年前,大熊猫体内与鲜味(即鲜肉中的蛋白质的味道)相关的T1R1基因就因变异而不再表达。这个变异能否解释大熊猫食谱的改变呢?似乎不能,因为牛和马这些食草动物也都具有T1R1基因。

  

  2011 年,科学家试图找到那使大熊猫转向素食的真正原因:或许与某个基因的失效有关?

  ”一定有其他原因。“我们发现大熊猫的多巴胺代谢能力不足;竹子中可能含有可以重建和刺激多巴胺奖赏回路的化学物质。”詹姆斯·克拉布补充道。目前,科学家正在对这种假说展开研究。

  人类相助

  但这并不解决问题。薛正晟指出:“就食物而言,大熊猫是食肉哺乳动物中的一个奇怪案例;就消化系统而言,大熊猫在食草的动物中又是独一无二的。”大熊猫的消化系统只能吸收食物中大约20%的养分,从而影响到了该物种的生存。因而有些科学家试图通过引入微生物的办法,改善大熊猫的消化机能……

  

  大熊猫肠道菌群的构成(主要含大肠杆菌、志贺氏菌和链球菌等)与大多数食肉动物是一样的。

  在许多人眼中,这种熊科动物已经走进了演化的死胡同:它们固然惹人喜爱,但难以适应自然环境,多亏人类帮助才暂时免于灭绝的命运。英国著名的动物保护主义者克里斯·派克汉姆(Chris Packham)表示:“如果只剩最后几只大熊猫,我甚至会考虑将它们吃掉,以便将保育大熊猫的资金用在其他更迫切的保育项目上。”

  针对这些攻击,中国科学院动物研究所在2014年的一期《分子生物学与演化》杂志上发表《大熊猫并非演化的死胡同》一文进行反驳。文章认为,必须看到,依靠着这种独特的饮食习惯,大熊猫已经在四川地区生存了数百万年。而大熊猫的解剖学特征,使其成为一台高效的吃竹子机器:它前肢的假拇指有利于抓握竹枝;其有力的下颚骨和大而平的牙齿则是咀嚼竹纤维的利器。

  
重而致密的头骨,可适应咀嚼大量植物性食物的需要。

  
高度发达的颧弓以及硕大扁平的牙齿有利于研磨枝叶。

  

  手掌边上增生的指骨,让大熊猫可以抓住竹枝再将其送到嘴边。

  大熊猫的不少身体构造与反刍动物十分相似……不过,薛正晟仍然坚持自己的观点,他认为:“即便有了这些身体上的演化,大熊猫仍然无法充分和高效地消化竹子枝叶的复杂分子。”

  不过为了弥补这并不完善的消化,大熊猫采取了一种“节能”策略——但尚不至于陷入休眠。2015年,一项对8只大熊猫进行的跟踪研究在《科学》(Science)上发表,

  

  2015 年夏,一项研究在《科学》杂志上发表,指出熊猫的新陈代谢率极低。

  研究表明,大熊猫的能量消耗只相当于同等体重哺乳动物理论消耗量的55%;之所以能够如此,似乎是靠了较小的器官、低迷的甲状腺代谢,以及有限的活动量(每小时移动距离不到30米)。

  这一节约精神似乎还体现在繁殖中:新生大熊猫幼崽的体重不足100克——不到成体重量的九百分之一;而人类婴儿与成年人体重之比约为1:20。所有这些都表明,大熊猫的演化堪称典范。

  一个不同的演化史

  甚至不乏高妙之处!澳大利亚悉尼大学的营养生态学家查尔斯·劳本海默(Charles Raubenheimer)便如此认为:“大熊猫演化成靠竹子为主要生计,便拥有了几乎取之不尽且少有竞争的食物来源。它简直就是生活在食物的海洋里!这是个卓越的演化策略,在很长时间里,大熊猫一直是成功的,直到人类活动侵占了它们的栖息地……”

  

  2014 年,西班牙科学家对大熊猫的植食习性与其生物力学机制之间的关系进行了研究。

  大熊猫究竟是“天才”还是“失败者”?是食肉动物还是食草动物?

  对此,法国巴黎第六大学发育生物学实验室(LBD)的赫尔维·勒居雅德(Hervé le Guyader)认为:“我们不应把自然演化过程看作是工程师试图优化某个产品性能参数的过程。大熊猫独特的消化系统的确不适应它现在的食谱。然而,物种的演化受制于各种极为棘手的制约条件。

  例如,所有哺乳动物的颈椎骨都只有7块,即便是长颈鹿也不例外,因为决定这个特征的是一组基因,改变它们会导致癌症。”里昂高等师范学校的分子动物学家文森特·罗代(Vincent Laudet)也指出:“大熊猫的现状,是其在整个演化史中承受的制约的总和,我们在分析中必须要考虑到这一点。”

  

  大熊猫缺乏能够合成可分解植物纤维素的酶的基因,而其与分解动物蛋白质的酶相关的基因也已经不再活跃。

  在它憨态可掬、笨拙好笑的外表之下,大熊猫隐藏着一部见招拆招的演化史:解决两难问题,克服或回避众多困难……在这动物明星毛茸茸的形象背后,是那微妙神奇的演化机制。其中还有许多未解之谜,等待我们去探索和发现。

  原标题:大熊猫到底是一种食草动物还是食肉动物?

  来源:新发现sciencevie

  编辑:Major Tom

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