大约从七百万年前开始,一种名为Thylacosmilus atrox(也称为“有袋类剑齿虎”)的动物在南美洲游荡,其犬齿极其巨大,以至于一直延伸到头骨顶部。这种高度肉食性的动物,意味着其至少70%的食物是肉类,并且可能用舌头舔食猎物的内脏。Thylacosmilus 约在三百万年前灭绝,是Sparassodonta(剑齿兽类)的一员,这是一个与现存有袋类相关的食肉哺乳动物群体。
这只重达200磅的野兽有着像牛一样宽阔分开的眼睛,这与猫科动物向前看的眼窝截然不同。这种奇怪的构造帮助该生物实现了立体视觉(或3D视觉)。
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有了这样的眼睛,物体重叠不足以让大脑将其整合为三维图像。科学家们长期以来一直对这种凶猛的猎食者为何会在头骨中进化出如此奇怪的适应性感到困惑。
现在,一项于3月21日发表在《沟通生物学》杂志上的研究,对这种具有独特头骨的已灭绝动物如何在古代世界中看见和捕猎做出了一些解释。
来自阿根廷和美国的科学家们使用CT扫描和3D虚拟重建来评估现代和化石哺乳动物鼻腔的组织方式。这些扫描和重建使研究小组能够将Thylacosmilus 的视觉系统与其他食肉动物或一般哺乳动物进行比较,并研究眼眶会聚。这是眼睛在看近处物体时一起移动并向内指向的方式。
Thylacosmilus 的眼眶会聚度低至35度,这与典型的掠食者大约65度的值相比,是相当极端的。
“Thylacosmilus 通过将眼眶稍微向外突出并几乎垂直定向,能够弥补其眼睛位于头部两侧的不足,以尽可能增加视野重叠,”联合研究员Analia M. Forasiepi(来自阿根廷冰川学、冰川学和环境科学研究所(INAGLIA),以及阿根廷科学研究机构的研究员)在一份声明中说。“尽管其眼眶不利于3D视觉,但它能够实现约70%的视野重叠——这显然足以使其成为一个成功的活跃捕食者。”
据研究小组称,Thylacosmilus 如何弥补低眼眶会聚度似乎是理解这种已灭绝有袋类动物头骨构造的关键。它们犬齿在早期发育阶段的生长模式会将眼窝从面部移开,导致成年时出现宽阔分开的眼睛。
“如果不先面对那些巨大的犬齿,你就无法理解Thylacosmilus 的颅骨组织,”同样来自INAGLIA的博士生、研究联合作者Charlène Gaillard在一份声明中说。“它们不仅大;而且不断生长,以至于犬齿的根部延伸到头骨顶部。这带来了后果,其中之一是没有空间在食肉动物通常位于面部前部的眼眶位置上容纳眼眶。”
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眼窝的奇怪位置并不是Thylacosmilus 为适应其巨大犬齿而开发的唯一改变。由于眼睛离咀嚼肌更近,这些肌肉在进食时有变形的风险。位于头骨侧面的眼睛也将它们拉近了嘴部咀嚼肌,可能导致嘴部肌肉变形。一些哺乳动物,包括灵长类动物和Thylacosmilus ,已经发展出一种将眼眶从侧面封闭的骨质结构,以控制这一点。
现在,一个新的问题仍然存在——动物为什么会进化出巨大、持续生长的牙齿,这需要整个头骨进行重新设计?
“这可能以某种未知的方式使捕食更容易,”Gaillard说。“Thylacosmilus 的犬齿不像啮齿动物的门牙那样磨损。相反,它们似乎只是在根部继续生长,最终几乎延伸到头骨后部。”