最近二十年,，新生代氣候變化的研究已經(jīng)全面進(jìn)入了定量化時(shí)代，不同學(xué)科之間的相互交叉使得定量參數(shù)的需求強(qiáng)烈增加,，尋找適合的氣候量化指標(biāo)已經(jīng)成為各個(gè)學(xué)科最活躍的探索方向,。哺乳動(dòng)物，特別是食草哺乳動(dòng)物,，它們的食物全部來(lái)源于陸生植被,，而植被又受到溫度、降水等氣候條件的嚴(yán)格控制,，因此,，食草哺乳動(dòng)物的組成結(jié)構(gòu)和地理分布也和溫度、降水條件密切相關(guān),，是研究新生代氣候的理想量化指標(biāo),。中國(guó)科學(xué)院古脊椎動(dòng)物與古人類(lèi)研究所劉麗萍博士和芬蘭赫爾辛基大學(xué)的合作團(tuán)隊(duì)多年來(lái)一直致力于這方面的探索和研究。
3月28日,，英國(guó)著名生物學(xué)雜志Proceedings of the royal society B在線(xiàn)發(fā)表了劉麗萍博士主導(dǎo)的最新研究成果,。通過(guò)分析現(xiàn)生大型食草哺乳動(dòng)物牙齒冠高、齒脊數(shù)和溫度,、降水,、植物凈初級(jí)生產(chǎn)力等的相關(guān)關(guān)系，發(fā)現(xiàn)大型食草哺乳動(dòng)物牙齒冠高指數(shù)及齒脊數(shù)和溫度,、降水及植物初級(jí)凈生產(chǎn)力之間有著明顯的相關(guān)性,。冠高指數(shù)(hypsodonty)是指牙齒高度和長(zhǎng)度的比值，比值越大,，牙齒越高冠,。齒脊數(shù)指的是牙齒縱向脊的數(shù)目。
在包括年均降水量等8個(gè)降水量參數(shù)中,，冠高指數(shù)和最干旱月及最干旱季度降水量的相關(guān)性最高,，反映了高冠食草哺乳動(dòng)物對(duì)干旱環(huán)境的適應(yīng)性。與之相反,，齒脊數(shù)和最濕潤(rùn)月及最濕潤(rùn)季度的降水量呈現(xiàn)最好的負(fù)相關(guān),，而與干旱月及干旱季度降水量的相關(guān)性則不明顯,。在包括年均溫度在內(nèi)的11個(gè)溫度參數(shù)中，冠高指數(shù)和溫度的相關(guān)性不明顯,，但齒脊數(shù)和溫度則有著很好的相關(guān)性,，而且和低溫的關(guān)聯(lián)度最高。因此,，食草哺乳動(dòng)物牙齒形態(tài)反映了它們對(duì)于干旱和嚴(yán)寒兩種極端惡劣環(huán)境的適應(yīng),。干旱環(huán)境中，草本植物的繁盛和植被表面附著的沙塵對(duì)食草哺乳動(dòng)物牙齒的磨蝕非常強(qiáng),，食草哺乳動(dòng)物必須發(fā)育高冠的牙齒來(lái)補(bǔ)償不斷磨掉的冠部,，才能維持一個(gè)生命周期牙齒的正常功能。而寒冷地區(qū),，漫長(zhǎng)的冬季缺乏新鮮的食物,，大型食草哺乳動(dòng)物必須以老的或干枯的植物為食，這些高纖維的食物要求牙齒必須有足夠的切割能力,，因此,，高度脊形化的牙齒是對(duì)寒冷氣候的一種適應(yīng)。
在以冠高指數(shù)均值和齒脊數(shù)均值為坐標(biāo)的二維空間中,，現(xiàn)代幾種主要生態(tài)區(qū)（熱帶亞熱帶闊葉林,；熱帶亞熱帶草地、稀樹(shù)草原和疏灌叢,；荒漠和干燥疏灌叢 ,；溫帶草地、稀樹(shù)草原和疏灌叢,；溫帶闊葉,、混合林；寒帶森林/泰加林,；苔原）的分布格局與它們?cè)谀昃鶞囟群湍昃邓繛樽鴺?biāo)的二維空間中的分布格局相當(dāng)一致,，熱帶的雨林、草原和荒漠依次向著齒冠高度和齒脊數(shù)增加的方向排列,，濕潤(rùn)的闊葉林,、落葉林和針葉林沿著齒脊數(shù)增加的方向縱向排列，而干旱的溫帶草原和苔原則更偏向高齒冠方向,。
溫度和降水是決定植物初級(jí)凈生產(chǎn)力(NPP)的重要?dú)夂蛞蜃?，因此，食草哺乳?dòng)物牙齒冠高及齒脊數(shù)和植物初級(jí)凈生產(chǎn)力也很自然的呈現(xiàn)出高度相關(guān),，相關(guān)系數(shù)高達(dá)0.73,。以現(xiàn)生哺乳動(dòng)物牙齒冠高均值和齒脊數(shù)均值為變量，通過(guò)線(xiàn)性回歸方法，可以得到年均溫度,，年均降水量和NPP的計(jì)算公式,。化石食草哺乳動(dòng)物是新生代最普遍的化石類(lèi)群,，因此,，這種方法可以用于計(jì)算古溫度、古降水和古NPP,。用同一種指標(biāo)同時(shí)計(jì)算古溫度,、古降水量和古NPP，這在地學(xué)界還沒(méi)有先例,。特別是古NPP,，地學(xué)界目前還沒(méi)有任何一個(gè)實(shí)物指標(biāo)可以進(jìn)行古NPP的計(jì)算,，只能依賴(lài)植物模型,，因此，本項(xiàng)研究具有開(kāi)拓性的意義,。植物初級(jí)凈生產(chǎn)力（NPP）之所以重要,，是因?yàn)樗砹岁懙厣系闹参锩磕晖ㄟ^(guò)光合作用固定CO2的總量，是研究大氣碳循環(huán)的一個(gè)核心指標(biāo),。（生物谷 bioon.com）
doi:10.1098/rspb.2012.0211
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Dental functional traits of mammals resolve productivity in terrestrial ecosystems past and present
Liping Liu, Kai Puolamai, Jussi T. Eronen, Majid M. Ataabadi, Elina Hernesniemi,Mikael Fortelius
We have recently shown that rainfall, one of the main climatic determinants of terrestrial net primary productivity(NPP), can be robustly estimated from mean molar tooth crown height (hypsodonty) ofmammalian herbivores. Here, we show that another functional trait of herbivore molar surfaces, longitudinalloph count, can be similarly used to extract reasonable estimates of rainfall but also oftemperature, the other main climatic determinant of terrestrial NPP. Together, molar height and thenumber of longitudinal lophs explain 73 per cent of the global variation in terrestrial NPP today andresolve the main terrestrial biomes in bivariate space. We explain the functional interpretation of therelationships between dental function and climate variables in terms of long- and short-term demands.We also show how the spatially and temporally dense fossil record of terrestrial mammals can be usedto investigate the relationship between biodiversity and productivity under changing climates in geologicaltime. The placement of the fossil chronofaunas in biome space suggests that they most probably representmultiple palaeobiomes, at least some of which do not correspond directly to any biomes of today’s world.
