食肉动物大熊猫的素食之谜

文/王德华

大熊猫是我国的特有物种,被誉为我国的“国宝”。据考证,大熊猫已有800万年的历史了。在距今1万多年前的第四纪冰期之后,“大熊猫-剑齿象动物群”衰落,其中的大多数动物都已绝灭。因此,大熊猫被科学家誉为“活化石”。
面对大自然的选择压力,大熊猫能够繁衍至今,这其中一定有很多有趣而神秘的问题,有些还是学术界重要的科学问题,令科学家着迷。比如,大熊猫有哪些绝招能够生存至今?如何从肉食转变为素食的?在形态和生理上有哪些改变?
在系统分类上,大熊猫属于食肉动物,但其食性已高度特化为以竹子为食。从解剖学特征看,大熊猫的消化道在总体结构上与食肉动物类似,比如肠道相对较短、结构简单、没有盲肠等,但为了适应以竹为食的习性,相应发生了一些改变。竹子中的纤维素含量很高,而食肉动物的消化系统不能消化食物中的纤维素和木质素等,那么大熊猫是怎么解决这个问题的呢?
首先,从身体结构上来看,大熊猫的牙齿产生了特化,比如臼齿增大,齿冠具有复杂的磨面,齿根相对较长等,有利于咀嚼纤维素含量高的竹子。大熊猫身上还有一个很有趣的结构,叫作“伪拇指”。大熊猫的前肢腕部发生了特化,桡侧腕骨较为发达,上面附着类似其他动物拇指上的肌肉,使得桡侧腕骨可以像大拇指一样灵活地抓握竹子,所以被称为“伪拇指”。有了伪拇指的帮助,大熊猫在摄食时就可以有效地抓住食物,保证能量获得和营养获得的最大化。
其次,在消化生理学方面,大熊猫消化道内的微生物在消化纤维素方面发挥了重要作用。科学家发现,大熊猫的消化道中存在能够消化纤维素和半纤维素的梭菌,肠道微生物中含有纤维素酶等。有意思的是,大熊猫肠道微生物的组成在整体上与食肉动物的很相似。
最近一项研究进一步阐述了大熊猫肉食性的特点。与其他哺乳动物相比,大熊猫全年取食食物的营养组成比(或能量比)与食肉动物更为接近——有一半左右的能量来源于蛋白质。此外,大熊猫乳汁中的营养物质组成比,也与食肉动物很相似。
能量和营养的获得,对动物的生存和繁殖活动是至关重要的。由于消化道结构和功能等原因,大熊猫对竹子的消化率很低(约为17%)。同时,食物在其消化道内的停留时间相对较短(8~9小时)。所以,大熊猫每天必须大量进食(每天取食竹子10~20千克),这是大熊猫获得能量和营养的策略。
科学家采用现代能量测定方法发现,大熊猫的每日能量消耗很低。由于大熊猫改变了食性(以竹为食)且消化率很低,所以保持低能量消耗水平对其生存是有利的。
大熊猫是恒温动物,保持恒定的体温需要消耗很多能量。体温是由动物的产热和散热两方面决定的,大熊猫如此低的能量消耗,如何满足体温调节的需要呢?大熊猫采用了综合策略,在形态、行为、生理、遗传和基因组等各个方面进行相应调节,保证了其具有维持较低能量代谢水平的能力。在形态学上,一些能量消耗器官如大脑、肝脏和肾脏等趋于缩小。在行为学上,大熊猫降低了活动水平,减小了活动范围。科学家利用无线电遥测技术发现,野生大熊猫每天有超过一半的时间在休息,移动距离平均每小时只有20多米,这样可以节省大量能量。
大熊猫还可以通过激素调节维持低能量代谢水平。动物的代谢水平与其甲状腺激素水平密切相关,大熊猫的甲状腺激素水平很低且具有遗传学基础。
大熊猫的毛皮很厚,具有良好的保温性,可以使得体内的热量不容易散失,所以大熊猫的体表温度很低。体表温度低,与环境之间的温差就。匀攘可⑹Ь蜕。这也可以为大熊猫节省能量。
随着对大熊猫生物学的了解更多更深入,人们对大熊猫的保护会更加有效。

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