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脖子是如何塑造长颈鹿的

非洲巨人的私人生活在进化方面提供了显着的观点。

我第一次看到自由生活的长颈鹿是在坦桑尼亚的阿鲁沙国家公园,在那里我被一只黄褐色的头惊呆了

T.他第一次看到一个自由生活的长颈鹿是在坦桑尼亚的阿鲁沙国家公园,在那里我被优雅的黄色头部滑行,似乎是不可能高于高高的金合欢树上。那是11年前,并强调了为什么长颈鹿留下了我最喜欢的动物之一。但这不仅仅是我的非洲经历,让长颈鹿在我的葡萄中。

作为一名进化生物学家和教授,我把Giraffa鹿豹座on stage in my classrooms—well, not literally—as the embodiment of how natural selection has produced a creature that on the one hand is spectacularly adapted to its peculiar ecological niche and on the other is an example of evolution’s “clumsy, wasteful and blundering” process, to borrow Darwin’s own words. It’s sometimes assumed those blunders result from mutations or evolutionary errors. But in fact they result from history: the fact that at any given point natural selection has no choice but to work from what is already available. More than most animals, giraffes reflect the fact that organisms have not been created from scratch (or if they were, the Special Creator was notably inept). Rather, they have been cobbled together, via trial and success, from their historical antecedents.

长颈鹿曾在进化论家中享受了一个特殊的地方,因为另一个原因:作为如何从拉马克进化区分达尔文的真实例子。事实证明,故事并不是那么简单;实际上,没有任何关于这些迷人和奇怪的动物的东西。近视他们的私人生活在涉及到他们的显着解剖学方面,暗示不小于咀嚼,从而导致今天(肯定的小)吉拉夫学家社区之间遭受了相当大的辩论的问题。

让我们从最明显的开始。长颈鹿的高度造成了一系列通过一些显着的适应来克服的困难。为了将血液七英尺泵在动物的心脏上方,需要特别高的血压,多达人类收缩水平的三倍。为了使他们的动脉分开,长颈鹿需要在那些血管内进行特殊的结构支撑。

借用达尔文的话说,长颈鹿是进化过程中“笨拙、浪费和笨拙”的一个非凡例子。

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追逐詹姆斯·邦德的蜂鸟

我到乡下去看那尊祖尼托在空中攀爬,把昨天的不幸传了出去;在那令人迷乱的绿色中,自由自在地飞了又飞,在芦苇尖上颤抖了一会儿。——blas de Otero《El Zunzuncito》(1966)阅读更多

在另一个方向上,为了防止血液在脚上汇集,这是在一些非常长的腿的末端,长颈鹿已经进化了相当于压缩袜,就像人们使用手术后或防止深静脉血栓形成的那些飞机骑行。1长颈鹿的黑客包括高弹性血管壁,结合毛细管床。通过将流体灌注到周围组织中,这些结构将长颈鹿的血液保持在其容器中,而不是在周围组织中。T.hese animals have another specially adapted compression system in their necks, which prevents too much blood from rushing to their heads when they bend down to drink—which they don’t do very often, since they get most of their water from the leaves they eat, using their highly flexible 18-inch tongue.

特别是长颈杆颈部的显着,这些实际上是由他们的腿封闭的,使那些巨大的颈部相信或不太短而无法舒适地到达水坑;结果,饮用长颈鹿必须张开宽脚。并且,顺便说一下,当长颈鹿进行饮用时,在其冗长的颈部相同的流体闸瓦控制机制反向逆转,最终提高其高头,只允许血液的相对涓流流退,使其大脑不会向下流动’t suddenly become hypoxic.2

“长颈鹿”的名字来自阿拉伯语词“萨拉乌,”这意味着“迅速走路,”和长颈鹿使用那些长腿的速度迅速行走,尽管给予了他们的长长的腿杆,有点摇摆,垂直平衡的颈部,他们实际上似乎慢慢地移动。出于尚不清楚的原因,但大概是真正的长颈法生物力学的结果,当长颈鹿有机会迅速移动时,他们不会像几乎所有其他四肢慢慢一样慢慢慢慢地或疾驰,这通过交替的前腿和后腿离开地面。相反,它们同时在同一侧移动前腿和后腿,交替左右 - 而不是正面,而不是正面和背面,称为“起搏”。一旦人类观察者越过它的新奇,它实际上是非常有效和更优雅的,比笨拙更好。(顺便提及,骆驼也在步伐,3.这可能解释长颈鹿的拉丁种类:camelopardali,由于古老的信仰,长颈鹿是骆驼和部分豹子,后者因为长颈鹿的肯定斑点,伪造的伪装。)

然后是那个值得注意的脖子。有多少骨头包括长颈鹿的脖子?答案:七(1999年动物学杂志研究表明八),4.和人类的数量一样,除了长颈鹿的体积很大,每节颈椎平均约10英寸长。在老鼠身上呢?还有7个,尽管——令人惊讶的是——每个都相当小。事实上,鼠标一样。

有趣的骨头:值得注意的是,只要长颈鹿的脖子可能,它就会被腿撇过。事实上,这种巨大的颈部太短暂,无法舒适地到达水坑;因此,饮用长颈鹿必须张开宽度,这是一个尴尬的立场,使其易受捕食者受到影响。 长颈鹿脖子细节照片由迈克泰勒和马特韦德尔

长颈鹿脖子最著名的地方(至少在生物学家中是这样)可能是它神经的一个特性,最著名的是左喉返神经,它向动物的喉咙发送脉冲。暂且不说长颈鹿可能是所有大型哺乳动物中最安静的;它们确实会发出一点声音,尽管很微弱。没有人知道为什么它们说话如此轻柔,尽管很明显,它们的喉部得到了与其他噪音更大的哺乳动物相同的基本神经支配,尽管在冲动传播得更远之后。也许这和他们的长脖子有关,或者他们只是没有太多话要说。无论如何,长颈鹿的喉部肌肉——就像我们的喉部肌肉一样——是由它们的喉部神经刺激的,这就是我们在动物学中遇到的一个极其愚蠢的设计的最令人震惊的例子。

喉部神经在脊椎动物中呈现出来,从较大的迷走神经中分离,每个脊椎动物的副交感神经系统的主要贡献者,它向所有主要内脏的信号发送给包括心脏和消化系统的所有主要内脏。在所有哺乳动物中,复发性喉部神经从主动脉弓的水平出发,只是主动脉 - 最初从心脏上升的地方,然后送颈动脉以滋养头部和颈部潜水,以向血液提供血液身体的其他部分。这个主动脉的拱门使发夹180度环,这对此没有问题复发性喉神经,在“正确”一侧,避免主动脉弯曲,沿着气管直接直接到喉部。另一方面,它的左侧对手被迫在主动脉拱门下弯曲,然后在喉部曲线之前:有点剖析,但不是大多数脊椎动物的主要问题,包括人类,因为这种循环路径只需要额外的英寸长度。

这里包括长颈生物的有趣困境以及进化中的物体课程。在现代鱼类中,大概是当今哺乳动物的鱼形祖先,复发性喉部神经(左右)将从大脑中沿着心脏然后沿着心脏然后到鳃。在短颈早期哺乳动物上几乎相同,虽然左分支卡在主动脉弓的向下弯曲侧,所以具有稍长的循环途径。但在那些演进的那些生长的颈部的生物中,贫困的左复发性喉神经被迫在胚胎发育期间进行彻头彻尾的荒谬弯曲:从大脑中出现,向南走来,以便在下面的下降的主动脉弓下循环,然后向上圈再次,最终达到喉部。

选择“性行为”假设州长颈部的龙口,因为它们有助于在男性男性竞争中取得成功。

在长颈鹿的情况下,这种荒谬的安排现在需要一个长约15英尺长的神经(7.5英尺,然后备份),而如果它直接被路由,它的整个长度也许是六英寸。为什么这么奇怪?因为长颈鹿的演变从长颈鹿的直接前进的前进,其演变反过来,又回到了一个常见的祖先的鱼类,其左前喉神经是完全合理的,谢谢。(And by the way, don’t expend all your recurrent laryngeal sympathy to giraffes: There were other vertebrate descendants of fish—notably the sauropod dinosaurs—whose 45-foot-long necks would have necessitated a lot more nerve: roughly 90 feet! A recent technical account—in the journalActa古生物学Polinica,将这种荒谬描述为“效率低下的纪念碑”。5.

到目前为止,如此尴尬。但为什么现代长颈鹿首先演变这样的麻烦的长颈?这是长颈鹿帮助我们从拉马克进化区分达尔文人的地方。拉马克的颈部是长颈鹿的脖子变得很长,因为他们的祖先伸展伸展他们。达尔文视图是早期长颈鹿相对于颈部长度不同,而且较长的人更成功地再现。根据Lamarck对“获得的特征继承”的概念 - 与“使用'EM或失去”EM“的概念,当使用时使用”EM“ - 器官放大和禁止时的合同。几乎每个人都同意祖先的长颈鹿从颈部开始,而不是与其他unoculates不同。

但是,拉马克和他的追随者认为,随着古老的长颈鹿伸展到大草原树的顶部(和长颈鹿确实是浏览器)的古老长颈鹿更高,更高,他们的脖子伸长,就像肌肉一样越来越大,直到随着时间的推移,他们的后代周围最长的脖子。达尔文的观点是微妙的不同,以及更准确:对于叶菜类植物的竞争发展,那些有稍长的脖子是祖传的长颈鹿只是一个极小的一点更能够通过达到高增长的叶子来滋养自己。

所以他们留下更多的后代,谁又有更长的脖子,就像他们的父母一样。因此,自然选择在这种谱系中有利于长颈,以及必要的适应,例如产生和承受超高血压的能力,同时防止血液在脚上汇集血液,加上那些鬼口的不可避免的落下来源左转发喉部神经。

但故事尚未结束。有另一个,竞争解释为什么长颈鹿有这样的长颈,这是涉及性选择的。首先,快速绕道。虽然很多人认为,自然选择和性选择之间没有基本差异。自然选择发生任何时间差异再现是另一个时间的,一些基因比其他基因更加成功,以将自己的副本投射到后代。性选择涉及竞争和获得伴侣的竞争,并且每一位作为其他形式的选择呼吁呼吁食物,避免捕食者,疲倦时睡觉,或瘙痒时刮伤。It’s just that sexual selection sometimes results in traits—the classic one being the peacock’s tail—that are disadvantageous in the ecological realm, but nonetheless positively selected because on balance they contribute to fitness, via same-sex competition or opposite sex attraction, more than they cost in the straightforward realm of pure survival.

事实证明,雄性长颈鹿不那么可爱,比他们出现更多的橘子。在车辙期间,他们互相去,在他们的长柔性颈部结束时使用沉重的骨头,大致像中世纪球和链条武器,或连枷。颈部越长,每次打击后面的力量越多。被称为“性别”假设的前景色彩地称为“颈部”假设是持续选择的长颈,因为它们有助于在男性男性竞争中取得成功。而且,女性可能更喜欢学生,长颈雄性,至少部分是因为它们的后代可能具有长颈部。这将有助于与其他男性战斗的雄性,使他们对下一代选择女性进行性吸引力。无论哪种方式,雄性的长颈基因,以及影响他们对长颈男性偏好的女性的基因将通过。6.这是一种行为生态学家称之为“性感儿子假设”的变种,也适用于孔雀的尾巴和其他看似外地的男性特征的进化。根据这一假设,雌性长颈鹿在雄性中主要是作为性选择的副产物的副产品。

这个想法是有争议的,最后一个词尚未进入。7.有利于“性别脖子”假设是发现男性在男性男性战斗中较长的颈部的雄性更加成功,而女性真的更喜欢潜在的伴侣中的细长颈部(这给了术语“缩放的新维度”)。此外,大多数长颈鹿觅食在肩膀水平时发生,而不是当动物最大地延伸时的颈部。此外,长颈鹿完全比其他竞争浏览器更高六英尺,似乎争辩说,竞争性的觅食,因为这一点并不是他们的高度进化后面的主要推动压力。另一方面,也许它在粮食短缺期间,额外的高薪薪水,而且,植物倾向于将他们的叶子中最营养的部分更加营养地,在最高,不断增长的尖端。8.

然而,没有理由认为觅食成功和性成功在可能的进化影响中是相互排斥的。9.这位前景是这些洛杉矶如何,长腿,长颈巨头的另一个例子是通过演变的生活雕刻的多样性。与此同时,将一个生物视为一个无人性化的长颈鹿,它可能挑战,没有提到被其险恶的形状。但同样的事情适用于我们父母的冥想性,但事实上,我们在这里的事实是,他们就像长颈鹿一样,至少适合了。


David P. Barash是华盛顿大学的进化生物学家和心理学教授。他最近的书是佛教生物学:古代东方智慧与现代西方科学的结合。


参考文献

1. Hargens,A.R.,Millard,R.W.,Pettersson,K.,Johansen,K。Giraffe的引力血液动力学和水肿预防。自然329.59-60(1987)。

2. Mitchell,G.&Skinner,J.D.Giraffes如何适应其非凡的形状。南非皇家学会的交易48.,207-218(1993)。

3.骆驼的运动(Camelus Dromedarius.)。动物学杂志174.,67-78(1974年)。

4. Solounias,N。长颈鹿颈的显着解剖。动物学杂志247.,257-268(1999)。

5. Wedel,M.J.效率低下的纪念碑:索拉波德恐龙的复发性喉神经的假定过程。Acta Palaeontologica Polonica.57.,251-256(2011)。

6. Simmons,R.E.&Scheepers,L.由颈部获胜:长颈鹿演变中的性选择。美国博物馆148., 771 - 786(1996)。

7.性选择并不是长颈鹿长脖子的起源。动物学杂志278.,281-286(2009)。

8. Cameron,E.Z.&du Toit,J.T.脖子上赢得:高大的长颈鹿避免竞争更短的浏览器。美国博物馆169.,130-135(2007)。

9.Simmons, R.E. & Altwegg, R. Necks - for - sex还是竞争对手的浏览器?长颈鹿进化思想的批判。动物学杂志282.,6-12(2010)。


领导照片©vince42 / flickr


本文最初发表于2015年5月的“错误”问题。

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