我们毛茸茸的猫与狗的祖先，曾经长得与今天的狐獴颇为相似——那是一种身体修长、耳朵小而圆的哺乳动物。事实上，整个食肉目家族，包括熊、狼，甚至海豹在内的各类哺乳动物，都从这些“类狐獴”的生物演化而来。
如此多样的形态是如何从同一类体型中分化出来的？由华盛顿大学主导的一项新研究指出，数百万年前两次不同的气候转变，是推动这一演变的关键力量。
研究团队由华盛顿大学生物学首席研究科学家克里斯·劳（Chris Law）带领，他们对来自17家自然历史博物馆、共850多件食肉动物标本的骨骼形态进行了分析。这些标本涵盖了近200种不同的食肉动物，其中现存物种118种，已灭绝物种81种。
研究发现，发生在约3400万年前的始新世–渐新世过渡期，促进了不同食肉动物科之间的体型分化——例如猫科与犬科的分异。而约1500万至1300万年前的中中新世气候转变，则推动了各科内部的形态变异——例如不同犬科物种之间的差异。
该团队于12月16日在《皇家学会学报B》上发表了这些成果。
华盛顿大学新闻社联系了兼任伯克自然历史与文化博物馆客座策展人的劳，请他进一步解读这些发现及其对当今食肉动物的意义。
问：这项研究结果具有怎样的科学意义？
克里斯·劳：气候的重大变迁往往会引发地球生物多样性的显著演变。我们的研究表明，在过去5600万年中，气候与环境的剧变为现代食肉动物及其体型的多样化创造了条件。
在这两次气候转变之前，早期食肉哺乳动物占据了多数顶级捕食者的生态位，从而限制了现代食肉动物祖先的体型分化。然而，气候转变导致那些早期类群大量灭绝，使现代食肉动物的祖先摆脱竞争束缚，得以开拓新的生境与资源。因此，气候转变促进了现代食肉动物祖先表型多样性的提升，并帮助它们占据新的生态位。我们的工作说明，食肉动物（及其他动物类群）的适应性辐射，是由多次气候与环境转变触发的连续演化阶段所推动的。
问：始新世–渐新世过渡期与中中新世气候转变期间，气候具体发生了哪些变化？
克里斯·劳：始新世–渐新世过渡期历时约50万年，以全球气温骤降和南极冰盖形成为特征。地球从温度相对均匀的温暖“温室”状态，转入寒冷且季节性增强的“冰室”状态，生境也随之由温暖湿润的森林转变为干燥的温带森林与零星草地交织的景观。
中中新世气候转变则持续了约200万年，同样是另一个显著快速变冷、变干、季节性加强的时期，进一步推动了森林向草原生态系统的转变。
问：为什么一次转变促进了科间分化，另一次却推动了科内多样化？
克里斯·劳：始新世–渐新世过渡期是现代食肉动物演化的第一个“释放点”。它消除了大多数早期竞争性食肉哺乳动物，使得早期现代食肉动物能够利用新的栖息地、资源与其他机会。这些因素共同促使从渐新世早期到中中新世期间，所有现代食肉动物各科的陆续形成。
而中中新世气候转变则创造了更多新型生境与资源，让现代食肉动物在中新世晚期至更新世期间获得进一步分化、占据新生态位的机会。竞争类群的缺失也促进了这一辐射过程。随着生态位趋于饱和，科内骨骼形态的多样性相应增加，骨骼结构的创新也帮助生态习性相近的物种彼此区分。
问：可以举一些食肉目中的动物例子吗？
克里斯·劳：现代食肉动物在表型上极具多样性，从小巧纤细的鼬类到强壮魁梧的熊类，以及我们熟悉的猫、狗等。海豹、海狮与海象也属于食肉目，尽管它们大多时间生活在水中，并演化出鳍状肢。
已灭绝的泛食肉动物类群还包括剑齿虎、鬣狗（属犬科）以及熊狗——一种体型如熊的大型犬科动物。
此外还有一些出人意料的成员：大熊猫、小熊猫与树懒也都属于食肉目，尽管它们并非严格意义上的肉食动物。
问：为什么现代食肉动物的祖先都具有类似狐獴的体型？
克里斯·劳：我们认为，狐獴的体型是一种高度通用型的身体结构。也就是说，它们不像猎豹或狼那样擅长奔跑，不像獾那样善于挖掘，也不像熊猫那样专精攀爬。在进化中过度特化存在风险：一旦资源或栖息地发生变化，特化物种容易面临灭绝。因此，保持通用型体质在演化上更具优势。
问：这是否意味着狐獴在进化过程中体型变化不大？
克里斯·劳：很有可能，狐獴及形态相近的灵猫类动物，确实保留了早期食肉动物的基础体型。真正特别的是猫科、犬科、熊科等其他类群——它们从通用的狐獴体型出发，演化出了高度特化的身体结构。
问：这些发现对当前物种保护与气候变化的应对有何启示？
克里斯·劳：这项研究揭示了重大气候转变如何深远影响哺乳动物类群的演化轨迹。例如，气候转变可能对某些类群不利，导致其灭绝，却为其他类群创造机会——竞争者的消失、新栖息地的形成，都可能促进新的多样化过程。因此，当前由人类引起的气候变化，也可能导致一部分物种消失，而另一部分物种则可能借此开拓新生境。
本研究合作者包括国家人类进化研究中心的莱斯莉亚·赫卢斯科（Leslea Hlusko）与加州大学伯克利分校的曾志杰（Z. Jack Tseng）。研究获得了美国国家科学基金会、德克萨斯大学早期职业教务长奖学金、古生物学会亚瑟·詹姆斯·布科特研究基金、伯克博物馆脊椎动物古生物学馆藏研究基金，以及欧盟“地平线欧洲”计划下属欧洲研究委员会的支持。
