研究人员对祖先大象如何发育出灵巧的鼻子提供了新的见解。这项研究于11月27日作为经过审查的预印本发表在eLife上，结合了多种分析来重建已灭绝的长角象形动物的摄食行为，这种类似大象的哺乳动物的特征是细长的下颌和象牙。

编辑们将这项工作描述为我们了解这些动物在中新世(大约11-2000万年前)如何进化出细长的下颌和长躯干的基础。它为长角线嵌齿象这些结构的多样性以及它们对全球气候变化可能的进化反应提供了令人信服的证据。

这些发现还可能说明为什么现代大象是唯一能够用鼻子进食的动物。

长鼻嵌齿象是长鼻科的一部分，长鼻科是包括大象在内的哺乳动物群体，以其细长且用途广泛的鼻子而闻名。长鼻嵌齿兽之所以引人注目，是因为它们经历了漫长的进化阶段，其特征是下颌或下颌骨异常细长，而这在后来的长鼻目动物中是没有的。人们认为，在这个群体中，它们细长的下颌骨和躯干可能是共同进化的，但早期到晚期长鼻动物的这种变化仍然不完全清楚。

“在中新世早期到中新世期间，嵌齿象在中国北方繁盛起来，”主要作者、中国科学院大学博士后研究员李春晓博士说。

“在不同物种中，长下颌的结构存在巨大差异。我们试图解释为什么长鼻动物进化出长下颌，以及为什么它随后退化。我们还想探索躯干在这些动物的进食行为中的作用以及它们的下颌骨和躯干共同进化的环境背景。”

李和同事利用比较功能和生态形态学研究以及摄食偏好分析，重建了长角嵌齿象的三个主要科的摄食行为：Amebelodontidae、Choerolophodontidae和Gomphotheriidae。

为了构建进食行为并确定下颌骨和躯干之间的关系，研究小组检查了来自三个不同博物馆的三组动物的头盖骨和下颌。三组的下颌骨和象牙结构不同，表明摄食行为存在差异。

变形齿象科的下颌骨一般呈铲状，獠牙平坦而宽。嵌齿兽科有杵状的下颌牙和更窄的下颌骨，而冠齿兽科完全没有下颌牙，它们的下颌长且呈槽状。

接下来，研究小组对动物的牙釉质同位素进行了分析，以确定这三个科的分布和生态位。结果表明，Choerolphontidae生活在相对封闭的环境中，而Amebelodontidae家族的成员Platybelodon则生活在更开放的栖息地，例如草原。嵌齿象科动物似乎填补了这些封闭和开放栖息地之间的某个位置。

有限元分析帮助团队确定了每组下颌骨和象牙结构的优缺点。他们的数据表明，角齿兽科的下颌专门用于切割水平或倾斜生长的植物，这可能解释了下颌象牙的缺失。

研究发现，Gomphotheriidae的下颌骨同样适合切割各个方向生长的植物。扁齿兽具有专门用于切割垂直生长的植物的结构，例如软茎草本植物，这在开放环境中更为常见。

这三个科在躯干进化阶段也表现出差异，这可以从鼻孔结构(鼻孔周围的区域)推断出来。冠齿兽科的鼻部区域表明它们有一个相对原始、笨拙的躯干。

在Gomphotheriidae中，鼻部区域与现代大象最相似，这表明它们具有相对灵活的鼻子。扁齿兽的躯干可能是第一个可以卷曲和抓握的长鼻类躯干的例子。躯干的进化水平似乎与下颌骨水平切割的能力有关，强烈表明长角嵌虫的躯干和下颌骨之间存在共同进化。

在中新世中期气候转变期间，导致区域干燥和更加开放的生态系统扩张，冠齿兽科经历了突然的区域性灭绝，中国北方的嵌齿兽科数量也有所下降。研究表明，扁齿象的卷绕和抓握躯干的发展使得该群体能够在开放的环境中大量生存。

这也可以解释为什么其他有鼻子的动物，例如貘，从未发展出像大象那样灵巧的鼻子，因为它们从未进入开阔的土地。

“我们的跨学科团队致力于引入多种定量研究方法来探索古生物学，”合著者、中国武汉华中科技大学结构工程副教授张吉说。“现代计算力学和统计学为传统化石研究注入了新的活力。”

据《eLife》编辑称，这项工作的主要局限性是缺乏将团队的结果与同时期长鼻动物巨人症和长肢发育进行比较的讨论。作者补充说，这样的分析可以加深我们对摄食行为的变化如何与这段时间动物体型和体型的更大差异相关的理解。

“我们的研究结果表明，多种生态适应促成了长鼻类动物下颌结构的多样性，”资深作者、中国科学院脊椎动物进化与人类起源重点实验室教授王世奇博士总结道。

“最初，细长的下颌骨是长鼻类动物的主要摄食器官，是发育出极长躯干的先决条件。露天放牧推动了躯干卷绕和抓握功能的发展，躯干随后成为了主要的工具。进食，导致长下颌骨逐渐消失。特别是，扁柏龙可能是第一个进化出这种吃草行为的长鼻类动物。”