大象為何遷徙？從演化和遷徙史中看到的答案

作者：王元、潘照暉、王浩瀚、朱敏（中國科學(xué)院古脊椎動物與古人類研究所）

文章來源于科學(xué)大院公眾號（ID ：kexuedayuan）

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近兩個(gè)月來，原本棲息在云南西雙版納的15頭野生亞洲象一路北遷，路線還與人類的生活區(qū)域高度重疊，收獲了一路的關(guān)注和愛（shi）護(hù)（wu）。

北遷的象群在睡覺（圖片來源：云南省森林消防總隊(duì)）

從這件事中，有人看到了生命的可愛，有人思考著一路“象”北的原因，還有人看到了中國軟實(shí)力的增強(qiáng)……作為古生物學(xué)者，我們也不由得開始思考：

云南的野生亞洲象為何要離開家園？其北遷的動因是什么？昆明1800米的海拔高度對亞洲象的生存是否有隱患？作為人類，我們應(yīng)該如何更加科學(xué)地保護(hù)亞洲象這一瀕危物種？

“大象”曾經(jīng)分布廣泛、種類繁多

長鼻類動物，也就是我們說的“大象”，現(xiàn)存種類很少，只有亞洲象和非洲象共2屬3種。但我們從化石中看到，曾經(jīng)在地球上生活過的種類很多，分布也很廣泛，可以說，象類在史前繁盛一時(shí)。

現(xiàn)在，人們對長鼻類化石的研究已有300多年的歷史，中科院A類先導(dǎo)專項(xiàng)“地球大數(shù)據(jù)科學(xué)工程”專項(xiàng)中，建立了一個(gè)“深骨”平臺，旨在總結(jié)歸納地球歷史上曾經(jīng)生存過的脊椎動物種類以及它們的地理分布。從“深骨”平臺上，我們可以看到，長鼻目包括了10科、44屬、大約180種或亞種。除了南極洲和大洋洲，大象曾經(jīng)分布在地球的各個(gè)大陸。

迄今發(fā)現(xiàn)的最早的長鼻類是北非摩洛哥的初獸，距今約6千萬年。初獸開啟了長鼻類的演化歷程，之后經(jīng)歷了三次大的擴(kuò)散事件：

1）原始的脊齒型長鼻類在北非的擴(kuò)散，時(shí)代為始新世（距今約5千萬年）；

2）乳齒象類從非洲向歐亞大陸的擴(kuò)散，時(shí)代為早中新世（距今約2千5百萬年）；

3）真象類和劍齒象類的擴(kuò)散，時(shí)代為中新世末（距今約6百萬年）。

早期的長鼻類化石——初獸（上）和早期長鼻類的代表——莫湖獸（下）（圖片來源：王元提供）

第一次擴(kuò)散事件產(chǎn)生了早期的長鼻類——近象形亞目（以莫湖獸為代表），演化中心在非洲。第二次擴(kuò)散事件，演化的主干類群是乳齒象類，演化中心也由非洲遷移至歐亞大陸。第三次擴(kuò)散事件中，真象類和最早的人屬成員從非洲擴(kuò)散至歐亞大陸，而劍齒象則在亞洲起源并擴(kuò)散至周邊。

化石證據(jù)表明，象屬(Elephas)是長鼻類第三次擴(kuò)散事件的主角之一，約500萬年前起源于非洲，并在約370萬年前從非洲向歐亞大陸擴(kuò)散，在南亞次大陸的西瓦利克演化出最原始的種類——平額象(E. planifrons),之后在當(dāng)?shù)仃懤m(xù)演化出古印度象(E. hysudricus,距今約270萬年)和亞洲象(E. maximus,距今約25萬年)。

中國“大象”是如何演變成現(xiàn)在這樣的？

在我國，長鼻類化石是華南第四紀(jì)動物群的主要成員，對生物地層劃分和古環(huán)境變遷的探討具有重要意義。最新的化石證據(jù)表明，距今258萬年至今的第四紀(jì)期間，由于古氣候和古環(huán)境等因素的影響，我國南方長鼻類的演化至少發(fā)生了三次屬種更替事件。

早更新世，我國南方動物群以中華乳齒象、華南劍齒象和步氏巨猿等原始的種類共生為特征，因此這一時(shí)期華南的動物群被稱為“巨猿—中華乳齒象動物群”。距今78萬年左右，我國南方氣候整體變冷變干，使得熱帶－亞熱帶森林大量萎縮，這導(dǎo)致了丘脊型齒的中華乳齒象在華南滅絕，而東方劍齒象替代華南劍齒象，成為中更新世“大熊貓—劍齒象動物群”的骨干成員。

華南中更新世大熊貓—劍齒象動物群的生態(tài)復(fù)原圖（圖片來自網(wǎng)絡(luò)）

據(jù)可靠的化石證據(jù)，亞洲象最早可能在距今約20萬年從南亞擴(kuò)散至我國南方，與東方劍齒象一道在動物群中起主導(dǎo)作用，因此，我國南方晚更新世動物群被稱為“亞洲象動物群”。

迄今，在我國南方已發(fā)現(xiàn)十余處富含亞洲象化石的遺址，廣泛分布在廣西、廣東、云南、貴州、湖北、重慶、江西和海南等多個(gè)地區(qū)，這充分說明晚更新世期間亞洲象在華南地區(qū)的繁衍非常繁盛，隨著氣候的冷暖和干濕變化它經(jīng)常南北或東西向大規(guī)模的遷徙。甚至在貴州畢節(jié)海拔2000多米的洞穴中也發(fā)現(xiàn)了亞洲象的化石，說明亞洲象具有適應(yīng)高海拔的能力。

現(xiàn)生亞洲象及其地史分布圖（圖片來源：維基網(wǎng)基礎(chǔ)上，由王浩瀚繪制）

中科院古脊椎動物與古人類研究所“地球大數(shù)據(jù)科學(xué)工程”專項(xiàng)的科學(xué)家們近年來利用牙齒的3D微痕質(zhì)地分析技術(shù)和牙釉質(zhì)的碳、氧同位素分析技術(shù)，對華南地區(qū)更新世上述三種不同時(shí)期的化石象類的食性及古環(huán)境進(jìn)行了綜合分析。研究發(fā)現(xiàn)，華南早更新世的中華乳齒象與橫跨整個(gè)更新世的劍齒象主要喜歡吃樹的嫩葉，亞洲象則是混食性的動物，相對沒那么挑食，既吃草又吃樹葉。

種子植物中國古動物館展出的黃河象（師氏劍齒象）骨架（圖片來源：王元提供）

黃河象骨架復(fù)原圖（圖片來源：陳瑜繪制）

別小看飲食習(xí)慣的這點(diǎn)差異，就是因?yàn)閬喼尴笈c劍齒象的食性差異，才使得它們占據(jù)了不同的生態(tài)位，有效降低了物種間的生存競爭，使得兩者能夠從中更新世晚期一直共存到更新世末。

晚更新世期間曾在我國南方長期共存的兩種象類的牙齒形態(tài)對比圖（上為亞洲象，代表高齒冠；下為東方劍齒象，代表低齒冠）（圖片來源：王元提供）

最終，劍齒象在更新世末期與全球大量的大型哺乳動物種類一同滅絕，而亞洲象則因?yàn)榫哂懈`活多變的攝食模式得以殘存，直至今日仍在我國云南西雙版納等地區(qū)零散分布。

現(xiàn)生的亞洲象（左，圖片來源：Veer圖庫）及其頭骨標(biāo)本（右，圖片來源：王元提供）

大象為什么一路向北？從演化和遷徙史中得到的啟示

我們可以觀察到，現(xiàn)在亞洲象主要棲息于亞洲南部熱帶雨林、季雨林及林間的溝谷、山坡、草地、竹林及寬闊地帶，這也和它的食譜有關(guān)，它的齒冠（齒冠也叫冠齒，指牙齒外露于口腔的部位）更高，可以食用營養(yǎng)相對匱乏、難以咀嚼、對臼齒磨耗更大的粗食。

亞洲象的生態(tài)習(xí)性相對多樣化，它可以在森林和灌叢中生存，但更喜歡在山坡和草地等寬闊地帶活動，對環(huán)境適應(yīng)能力較強(qiáng)。盡管如此，亞洲象對于氣候和環(huán)境的變化仍非常敏感，在歷史上曾經(jīng)進(jìn)行過多次大規(guī)模的東西向或南北向的遷移，中更新世晚期從南亞自西向東擴(kuò)散至我國南方，以及晚更新世期間在我國南方廣泛的遷徙都在氣候相對溫暖濕潤的間冰期。

近年來，全球氣候變暖的趨勢日益顯著，我們推測，這次云南野象群的北遷事件也與全球變暖的氣候背景密切相關(guān)。

近幾十年來，我國在保護(hù)野生亞洲象方面做了大量細(xì)致而卓有成效的工作，西雙版納地區(qū)亞洲象的種群數(shù)量也增長了一倍多，但對于亞洲象棲息地的理解卻一直有偏差。

正在喝水的象群（圖片來源：veer圖庫）

就像我們前面說到的，亞洲象與已經(jīng)滅絕的劍齒象不同，它并不是一種純森林型的動物。亞洲象可以在相對密閉的森林里生存，但更偏愛在近水且相對開闊的灌叢和草地活動，呈現(xiàn)出生態(tài)習(xí)性的多樣化。

但實(shí)際情況是，我國在西雙版納為亞洲象建立的自然保護(hù)區(qū)絕大部分都屬于森林生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)類型，“計(jì)劃燒除”與“開天窗”被禁止，森林密閉度迅速增加，林中空地、林窗逐步消失，影響了森林中草本與藤本植物的有效更替。換言之，森林密閉度高，喬木樹冠彼此相接遮蔽地面，導(dǎo)致亞洲象的主要食物減少，其最鐘愛的棲息環(huán)境也在逐漸縮小。這應(yīng)該是驅(qū)使野象群離開西雙版納向北遷徙的另外一大因素，它們作為“先驅(qū)者”，北遷很可能是為了尋找更舒適的棲息地。

可以說，過去兩個(gè)月，我們正在見證亞洲象演化中一個(gè)小小小小的階段。而基于亞洲象的演化與遷徙歷史，我們有理由相信：人類要想與亞洲野象和諧相處，首先要充分預(yù)測全球氣候變暖對亞洲象生活環(huán)境的影響，更要正確理解亞洲象最偏愛的棲息環(huán)境并不是密閉的森林，而是近水且相對開闊的灌叢和草地。在此基礎(chǔ)上，人類要尊重亞洲象的生活方式，想辦法為它們找到最適合的棲息環(huán)境和生存空間。

致謝：

中科院A類先導(dǎo)專項(xiàng)“地球大數(shù)據(jù)科學(xué)工程”專項(xiàng)

XDA19050100“古生物與古環(huán)境綜合數(shù)據(jù)庫構(gòu)建及其應(yīng)用”課題