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返朴

3米高的人类远亲为何灭绝？新研究发现是因为“吃得不好”

返科学大院约 9 分钟

生活在我国广西地区的步氏巨猿直立身高可达3米，体重达300公斤，是现代人的远亲。它的近亲红毛猩猩存活到了现在，那为什么它灭绝了呢？近日，研究人员解开了步氏巨猿的灭绝之谜——通过多学科的综合研究，他们“重建”了几十万年前的“案发现场”。

撰文 | 张文韬 

审核 | 中国科学院古脊椎动物与古人类研究所

曾经有古生物学家说，寻找化石中的秘密就像是福尔摩斯探案。

怎么理解这句话？也许就是说，借助化石和现代分析手段，科学家有了穿梭时空，回到“案发现场”的能力吧。

在各种“案件”之中，“灭门案”（生物的灭绝事件）总是引人注意的，比如恐龙的灭绝一直是大家关注的焦点。但是，要确定某种生物灭绝的具体原因是很难的，尤其是某种化石证据比较少的生物，比如今天文章的主角——步氏巨猿。

近日，来自中国、澳大利亚和美国的科学家团队解开了生活在我国广西的步氏巨猿的灭绝之谜，研究成果发表于国际顶级学术期刊《自然》杂志。（论文链接：https://www.nature.com/articles/s41586-023-06900-0）

这次的“破案”过程又是怎样的呢？

3米高的巨猿为何灭绝？一直是个谜

首先，我们得认识一下“被害人”，就是下面这位：
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步氏巨猿复原图（图片来源：Garcia / Joannes-Boyau 绘制）
步氏巨猿的发现有着一波三折的故事：
1935年，荷兰古人类学家孔尼华在香港中药铺里找到了一颗牙齿，特别像人的臼齿，但是比今天的人类牙齿大几乎一倍。经过对比，他认为牙齿来自猿类。为纪念北京猿人学名的命名人、加拿大解剖学家步达生，他给牙齿的“主人”命名为步氏巨猿。
命名之后的很长一段时间里，人们找不到步氏巨猿的产地。1955年，中国学者裴文中在广西考察时在大新县的黑洞中发现了步氏巨猿的牙齿化石，由此我们终于知道，步氏巨猿来自中国南方的山洞。之后，中国的科学家在广西又发现了柳城巨猿洞等埋藏有步氏巨猿化石（当然还有很多其他物种的化石）的多个山洞，总共找到了4件下颌骨和2000多枚牙齿。
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广西崇左喀斯特地貌景观（张颖奇 摄）
现在我们知道，在200多万年前，步氏巨猿曾经生活在我国南方喀斯特地区，它们可以说是地球上有史以来体型最大的灵长类动物，其直立身高可以达到3米，体重最大可以达到300公斤。（你有没有想起电影里的金刚？）
这些巨兽并不是人类的直系祖先，也不是人类的旁支（近亲）。它跟现在活跃于东南亚的红毛猩猩是近亲，同属于猩猩亚科，跟属于人亚科的现代人只能算远亲了。
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（图片来源：古脊椎所提供）
但是，根据之前的研究，这个“远房亲戚”在人类到达该地区之前就已经灭绝了。迄今，只有将近2000颗牙齿和4件不完整的下颌能够向人们证明它们曾经的存在。
当时生存于同一地区的其它灵长类都成功适应了环境并繁衍生息，它的近亲红毛猩猩都存活到了现在，为什么步氏巨猿却灭绝了呢？
可以说，这个问题一直都是该学科中令人敬而远之的悬案。虽然此前中国科学院古脊椎动物与古人类研究所重新在该地区开展了10多年的系统调查并搜集到更多步氏巨猿的化石证据，但由于缺乏有针对性的系统测年和年代区间明确的古环境分析，步氏巨猿灭绝的原因仍然困扰着我们。

多学科“探案”，

重建几十万年前的“案发现场”

真正解开步氏巨猿灭绝之谜的多重决定性证据来自一项错综复杂的多学科综合研究。
研究的原理似乎算不上“错综复杂”，用一张图就可以解释：找到巨猿和与它同时期的动植物化石及堆积物，测定它们的年龄，据此进行当时的古环境重建，再复现巨猿当时的摄食行为，绘制出更为完整的巨猿生存的繁盛期、过渡期（transitional phase）、灭绝窗口期（extinction window，该物种灭绝的时间区间）及灭绝后期的生态图景，最后推演出它们的灭绝原因。
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（图片来源：古脊椎所提供）
之所以说“错综复杂”，是因为这项研究需要采集多学科样品、运用多学科的手段进行检测分析，参与研究的人员不仅有古生物学家，还有地质学家，甚至还有攀岩高手……来自中国科学院古脊椎动物与古人类研究所张颖奇研究团队与来自澳大利亚、美国等地的多个科研团队合作，给我们展现了步氏巨猿逐步消失在历史长河中的一曲悲歌。
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本项研究采用的研究方法（潘越 供图）

第一步：收集样品，飞崖、走壁、探洞。

自2015年以来，张颖奇研究团队在广西崇左地区持续开展“地毯式”的洞穴调查工作，旨在找到更多与步氏巨猿相关的化石线索。团队逐渐摸索并总结出适用于广西喀斯特峰林峰丛地貌的“崖壁洞穴调查方法”。这种方法的应用，使得研究团队可以高效且系统地开展洞穴调查、评估和发掘工作。
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崖壁洞穴调查和洞穴内发掘场景（图片来源：张颖奇）
为了找到更多的化石，研究团队不会选择那些能够轻易进入的洞穴（那里的现场早就被破坏啦），而要寻找那些一般人到不了的崖壁上的洞穴，这里才可能存在没有被人为破坏过的堆积物和化石，比如这样的：
视频来源：张颖奇 提供
你以为“飞崖走壁”很酷吗？并不是，一不小心还会卡在崖壁上……
下面这个视频全程高能（友情提示，观看时请打开音量开关）
为了让大家有身临其境的感觉，所以我们没有调整视频的视角↓↓↓
视频来源：张颖奇 提供
经过多年的探索，研究团队从区域性的视角出发，选取广西壮族自治区1999年至2020年发现的共22处洞穴化石地点进行了系统性的样品采集。研究范围涵盖了11处产出步氏巨猿化石的地点，以及11处时代较晚且未产出步氏巨猿化石的地点（作为之前11处的对照组）。

第二步就是检测分析阶段了。

研究团队将6种独立的测年技术应用于含化石堆积物和化石本身，总共获得157个放射性测年结果。这些年代数据与孢粉、哺乳动物群以及牙齿稳定同位素、微量元素、微磨痕等8个方面的分析结果相结合，为我们全方位地展现了步氏巨猿灭绝的前因后果。（研究团队中的澳方6所大学共同参与完成了样品的处理、测试和分析。）

1.年龄测定，锁定灭绝窗口期

在本研究的庞大数据集中，测年结果至关重要，它是整个研究的起点和基石。揭示某一物种灭绝的确切原因原本就是一项不小的挑战，而在此之前，只有确定该物种在化石记录中出现的最后时间，才能建立一个明确的时间框架并在此框架下进行古环境的重建和摄食行为的还原。相反，如果没有可靠的测年数据作支撑，相关研究可能会在错误的年代区间被错误的线索误导。
研究团队将6种独立的测年技术应用于含化石堆积物和化石本身，获得157个放射性测年结果。
释光测年测量的是埋藏步氏巨猿化石的堆积物中的光敏感信号，是本研究主要采用的测年技术，同时以直接测定步氏巨猿牙齿化石的釉系法（US）和铀系-电子自旋共振联合法（US-ESR）为补充。对化石直接测年，可以确保其年代与埋藏它们的堆积物的释光测年结果相互印证。
如此一来，一个全面且可靠的步氏巨猿灭绝时间线就被构建出来，然后在贝叶斯分析的基础上，灭绝窗口被精确锁定在29.5~21.5万年前。也就是说，巨猿是在这段时间里逐步灭绝的。

2.巨猿走向灭绝时，环境发生了怎样变化

研究团队通过对孢粉、炭屑、哺乳动物群等详尽分析等重建了导致步氏巨猿最终灭绝的环境背景。
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巨猿生存不同阶段的动物群所反映的栖息环境类型（图片来源：论文原文）
综合分析结果表明，距今230~70万年前是步氏巨猿的繁盛期，当时的地球上木本植物占比较大，森林茂盛；在70~29.5万年前是它们的过渡期，这时气候季节性增强，森林群落的结构开始发生变化，非木本植物（比如蕨类）占比逐渐增加，环境开始变得更加多样化。20万年前左右已经是巨猿的灭绝后期，森林退化，环境更加开阔干燥，草地面积大幅增加。
环境的变化，必然导致巨猿的“食谱”发生变化。

3.从繁盛到衰落，它们吃得越来越不好

虽然有些难以置信，但牙齿组织中确实蕴涵了与物种摄食行为相关的丰富信息，可以帮助我们深度解读它们适应环境的能力以及它们的食物资源多样性和摄食行为规律性等等。
团队对巨猿的牙齿进行了微量元素和微磨痕纹理分析。
根据之前的研究，牙齿中沉积的微量元素能够说明动物能获取的食物多样化。如果牙釉质中出现清晰的锶（Sr）和钡（Ba）的条带，就证明动物能获取的食物不仅数量丰富而且种类众多，而如果出现明显铅的条带则证明动物能有规律性的饮水。而牙釉质的微磨痕纹理取决于动物饮食中的食物种类。
研究团队发现，繁盛期时，步氏巨猿的牙釉质和齿质中显示出多条清晰的同步Sr/Ca和Ba/Ca条带，而在接近灭绝窗口期时则转变为较不明显的弥散条带。此外，在繁盛期的步氏巨猿牙齿中还可以看到明显的铅条带，而在灭绝窗口期则变得不明显。而微磨痕分析的结果也表明，步氏巨猿在繁盛期和接近灭绝窗口期时存在明显的食性差异。

案件真相：

“挑食” 的巨猿亡于变化的环境

本项综合研究的结果表明，步氏巨猿灭绝于29.5~21.5万年前，比人们之前的认识要早很多。而在230~70万年前，它们在食物资源丰富且多样的森林中盛极一时。
到了70~60万年前，由于季节性增强，环境开始变得更加多样化，森林群落的结构也开始发生变化。
这时，步氏巨猿的“吃饭问题”变得越来越严峻。
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数据集所含各项随时间发展变化（时间单位：ka千年）（图片自原文）
步氏巨猿偏好的食物资源主要来源于木本植物，比如树叶、花朵、果实，森林减少之后必然面临食物匮乏的局面。而它们依赖的备选食物又是一些高纤维而低营养的食物，导致其食物的多样性大为减少。
尽管如此，它们的体型却变得越来越大越来越笨重，摄食活动的地理范围也大为减少。因此，其种群长期面临生存压力，且不断萎缩，最终走向灭绝。而步氏巨猿的近亲猩猩在生存条件发生变化的同时体型变得更小更灵活，还改变了摄食行为和栖息地偏好，从而能够在环境变化中生存下来。

以古鉴今，步氏巨猿给我们的启示

猩猩可以算得是“识时务者”，生存策略更加灵活、能够快速适应环境的变化。而步氏巨猿则更像是一个走到穷途末路、不愿随波逐流的“特立独行者”，也许正是这份固执与保守导致了它的灭亡。
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巨猿生活场景复原图（图片来源：Garcia / Joannes-Boyau 绘制）
由于颅骨及颅后骨骼化石证据的缺乏，我们对这一体型硕大的远亲仍然知之甚少，它们栖息在树上还是地面？采取哪种位移行为？在系统树上处在怎样的位置？它们的体型为什么会发生变化？想要解答诸如此类的许多问题还要等待今后更多关键性化石证据的发现。
如今，第六次大灭绝的阴霾正笼罩着我们，这就亟需我们去了解物种为什么会走向灭绝。正如步氏巨猿灭绝的故事那样，探讨过去悬而未决的灭绝事件的原因，将为我们理解过去及至将来灵长类动物的生存韧性以及其它大型动物的命运提供新的起点和启示。
论文信息：张颖奇研究员为论文的共同第一作者和共同通讯作者，古脊椎所研究生潘越为合作作者。本研究受到澳大利亚研究理事会和中国科学院资助。北京洞穴探险崔庆武先生为科研团队在野外科考过程中提供SRT、攀岩等专业技术支持。

本文经授权转载自微信公众号“科学大院”。

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