解讀牛家譜--中國數字科技館

2020-12-22 中國科學技術館

  如果走過紐約百老匯的街頭,你會看到一座英勇威猛的巨牛雕像,這就是股市從業人員的保護神——華爾街牛。在西方人看來,牛是財富與力量的象徵。在中國傳統文化中,牛還是紮實、勤懇、堅韌、永不言敗精神的完美體現。帶著千百年來對牛這份美好的敬意與崇拜,我們穿越時空,來尋訪牛的祖先。


華爾街牛

  傳說牛是年變的。年是一種獨角、青面獠牙的龐大猛獸。每到臘月三十晚上,它就闖入農家,禍害百姓。太上老君得知此事,施展法術,將年降服,作為自己的坐騎,並封為「獨角牛神」。開始,年很聽話,但後來它的惡性未改,抽空就到人間,闖門擾家,弄得百姓家家關門,戶戶守年。玉帝知道後勃然大怒,想立即把年處死。太上老君啟奏說:「年雖罪惡多端,但身魁體壯,割去其獨角,讓它長兩隻彎角,變為牛,只吃素不吃葷,世代服勞役,聽人使喚。」玉帝準奏。太上老君即隨手一甩,將一個金屬環子套在牛鼻子上,這樣,牛就乖乖聽從擺布了,為人幹活,任勞任怨。人類自從同牛交上了朋友,靠牛耕作,才開始脫離「刀耕火種」的原始生活。

  不過,傳說終歸是傳說,要真正認識牛的起源及其家譜還要依靠科學的力量。

  事實上,漢語中的牛是個比較籠統的名詞。水牛、黃牛、犛牛等都稱牛。那生物學意義上的牛是怎樣的呢?牛是哺乳動物綱偶蹄目牛科動物,水牛、黃牛、犛牛雖然都稱牛,可它們親緣關係較遠,因此分別屬於不同的屬。

  牛科動物一個共同的特點就是長有一對犄角,在角的外層有一種稱為幾丁質的堅硬角鞘,而內層則是與頭骨連在一起的骨頭。牛死亡后角鞘從骨質的角心上脫落下來,中間即為空洞,所以又被稱為洞角類。

  有些牛科成員雌雄都長角,而有些只有雄性才有。牛科成員的牙齒也獨具特點:沒有上門齒與犬齒,依靠下門齒與舌頭取食草或樹葉。


牛科動物的家族圖譜

  牛科動物是一個大家族,分布範圍很廣,除南美洲與大洋洲外,其他各洲均有分布。與種類和數量最多的非洲相比,中國僅有11屬,21種,其中包括著名的珍稀瀕危動物——藏羚羊。

  如何對這個大家族進行分類是學術界長期爭論的問題。最近的分子生物學及形態學研究基本上認為,牛科成員組成了一個單系類群,也就是說它們都有共同的祖先。但對這個龐大的家族如何繼續劃分又存在很多爭議。有科學家將它們分為5個亞科,也有分為10個亞科。最近的分類方案將牛科分成了9個亞科。一般說來,牛科可以籠統地劃分為兩大支系,一類是牛亞科,另一類是所有其他非牛類的亞科。我們通常意義上的牛即牛亞科的成員。

  那麼牛亞科這個家族中又有哪些成員呢?牛亞科包括了牛族、藍牛族、藪羚族以及1992年才發現的假羚族。假羚的角長而直,非常類似於非洲的大羚羊,但是綜合形態學與分子生物學的研究證明發現於越南的這類動物應該歸到牛亞科中,與藍牛羚、藪羚等親緣關係密切。

  既然如此豐富多樣的牛科成員有共同的祖先,那它們的祖先是誰,如何演化分異的呢?

  讓我們看看古生物學家給出的實證。

  在內蒙古約三千萬年前的地層中,我國科學家曾經發現一些可能是牛科成員的化石標本,可惜只有殘破的下頜骨,而無從判斷這種動物是否已經具角。因此,它們是否代表了牛科的最早成員仍然存在較大的爭議。在歐洲、巴基斯坦以及中國等地區距今約一千八百萬年前的地層中,都曾發現過始羚的標本,這是沒有爭議的最早的牛科化石。這種化石角心的形狀非常類似於現在非洲紅棕羚,只是尺寸更大,更厚實而已。

  在其後的八百萬年間,牛科化石的種類雖然有所增加,但在動物世界的生態鏈上仍然不太顯眼。那時,我國常見的是一種中小型的角心有輕度旋轉的土耳其羊。


陝西府谷發現的藍牛化石

  而在距今一千萬年至五百萬年前,伴隨著青藏高原的隆升,東亞季風氣候體系的形成以及草原的大規模擴張等諸多因素,牛科動物獲得空前絕後的繁榮時機。僅在中國發現的化石就有16屬之多。其中包括了較大型的烏米獸、近旋角羊、陝西轉角羚等,以及新近在甘肅省和政地區發現的由我國著名古哺乳動物學家邱佔祥先生命名的和政羊,也包括了各種體形較小的羚羊,如步氏羚羊、高氏羚羊、三角小羚羊等。從體形上,和政羊稍大於綿羊,但一對粗短而略扁的羊角長在眼眶之後,腦顱部分很短,其頭骨與牙齒的形態與我國北方三趾馬紅土中常見的近旋角羊非常接近,只是體形較小,頭上的角沒有後者特化。據研究,和政羊可能是近旋角羊的直接祖先。與這兩種動物親緣關係較近的陝西轉角羚、烏米獸等也生活在大致相同的年代。由於這些動物與現生的羚牛、扭角羚等在形態上有一定的相似性,從而也曾被歸入麝牛亞科。但最近的研究表明,和政羊、近旋角羊、烏米獸等從形態特徵上已極度特化,與現生麝牛沒有直接的祖裔關係,可能為牛科演化歷史上已滅絕的一個分支。在這一時期確切的羊亞科化石種類相對較少,對於其生物學特徵的了解僅限於部分角心化石標本,如青海柴達木盆地發現的託蘇羊、敖羚等。在西藏那曲地區的比如縣曾報導過一段帶有部分額骨的角心,其額骨上存在明顯的額竇,初步判斷可能為一種我國境內較早期的羊亞科成員。這一時期我國牛亞科的成員非常少,僅有藍牛族的兩個屬,即甘肅和政、陝西府谷等地一些類似於中新羚的標本,以及雲南發現的與祿豐古猿共生的楔羚,遺憾的是後者至今還沒有詳細的研究報告。羚羊亞科的某些成員可能從一千萬年左右從非洲遷移至亞洲,並在中國這一獨特的地理及氣候環境條件下,逐漸演化發展。


陝西府谷發現的藍牛化石

  大約距今五百萬年至二百五十萬年期間,牛科種類似乎又進入一個相對低谷的時期。除了羚羊進一步演化發展外,中國北方開始出現了一些具有旋轉角心的種類,如琴角羚牛、緊旋角羚牛、羊角羚牛以及可能是現生鬣羚祖先的粗角羚羊等。而這個時期,我國南方的化石記錄幾乎是一片空白,將來的調查與發掘或許能填補這一缺憾。

  從大約二百五十萬年前開始,牛科化石種類從外部形態上已經不再是奇形怪狀的了。這時,出現了大量與現生類型非常接近的種類,如麗牛、水牛、野牛、蘇門羚、黃羊等。蘇門羚主要生活在長江以南,可能由於沒有受到較為劇烈的氣候變化的影響,生態壓力相對較小,其形態特徵基本上沒有太大的變化。而麗牛在中國生存了大約一百萬年之後即退出了歷史舞臺,而被水牛替代。從中更新世,大約五十萬年開始,現在家牛的祖先——原始牛開始出現,並廣泛分布在歐亞大陸及北非。中國的原始牛化石似乎比歐洲的稍晚,尚未發現中更新世的原始牛化石,而大量發現於晚更新世化石地點,甚至可能延續到三千多年前。

  與其他動物一樣,牛羊類的演化歷史是一部與大自然抗爭、適應、和諧的歷史。這其中既有成功,也有失敗。以上只是簡單介紹了一些牛科種類演化發展的基本框架。到目前為止,對牛科化石的系統研究尚處於較初級的階段,大量的疑團仍有待科學家去解開。

  科學家研究動物的演化歷程,從某種意義上並不只是滿足人們的好奇心,更重要的是正確認識動物與環境的協同演化關係,保持人與自然的和諧以及社會的可持續發展。

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