Elefanten sind die größten Landsäugetiere und eines ihrer auffälligsten Merkmale sind ihre weichen, flexiblen Rüssel. In den frühen Stadien der Elefantenentwicklung, einschließlich des Oligozäns und Miozäns, hatten alle Elefanten extrem verlängerte Unterkiefer und untere Schneidezähne. Besonders im frühen bis mittleren Miozän wies die Morphologie der Unterkiefer- und unteren Schneidezähne eine hohe Diversität auf.

Wie nutzten Elefanten in dieser Zeit ihre unterschiedlich geformten Mandibeln und unteren Schneidezähne zur Nahrungsaufnahme? Welche Rolle spielt der Elefantenrüssel bei der Nahrungsaufnahme? Im letzten Miozän und Pliozän kam es jedoch unerwartet und ausnahmslos zu einer Verkürzung der verlängerten Unterkiefer der Elefanten. Was sind die internen Mechanismen dieses legendären Evolutionsprozesses?


△Die Position der Phylodontiden, der Phylodontiden und der Phylodontidae in der Phylogenie sowie der Vergleich der morphologischen Merkmale der Unterkiefer- und Nasenregionen der drei Elefanten

Als Antwort auf diese Fragen führten Forscher wie Li Chunxiao, Postdoktorand an der Universität der Chinesischen Akademie der Wissenschaften, Wang Shiqi und Deng Tao, Forscher am Institut für Paläontologie und Paläoanthropologie von Wirbeltieren der Chinesischen Akademie der Wissenschaften, und Professor Zhang Ji von der Huazhong-Universität für Wissenschaft und Technologie eingehende Untersuchungen zur Diversität und Entwicklung des Rüsselkiefers sowie seiner Koevolution mit dem Elefantenrüssel durch und enthüllten die Fütterungsmethoden der frühen Elefanten und die einzigartige Entwicklung verwandter Organe. Die entsprechenden Ergebnisse wurden am 28. November in der internationalen Fachzeitschrift eLife veröffentlicht.


△Die relative Häufigkeit von drei Arten von Langkieferelefanten aus dem frühen bis mittleren Miozän in Nordchina, der δ13C-Isotopenwert des Zahnschmelzes sowie die fossilen Ansammlungen von Elefanten und das entsprechende biologische Alter an verschiedenen Orten

Diese Studie weist darauf hin, dass bereits im Klimaoptimum des mittleren Miozäns vor 17 bis 15 Millionen Jahren die Starart unter den frühen Elefanten, Platybelodon mit einem schaufelförmigen Unterkiefer, eine Methode entwickelt hatte, ihren Rüssel zum Einwickeln von Pflanzen zu verwenden und mit ihren Unterkiefern zusammenzuarbeiten, um Pflanzen zum Essen abzuschneiden. Dies ist der früheste Beweis dafür, dass der Elefantenrüssel die Curling-Funktion erkannt hat. Diese Studie führte eine vergleichende Studie zur funktionellen Morphologie von drei Haupttypen von Langkiefermastodonen durch: Shovelodon, Cogodon und Bogodon. Ihre Unterkieferformen sind unterschiedlich: Shoveldon hat breite und flache untere Schneidezähne wie Schaufeln, und die oberen Schneidezähne sind kürzer und nach unten gebogen. Emaille-Band; die unteren Schneidezähne von Cogodon sind keulenförmig und die oberen Schneidezähne sind länger, ebenfalls nach unten gebogen und haben Schmelzbänder; Bogodon hat keine unteren Schneidezähne, aber die Unterkieferfuge ist länglich und rillenförmig, und die oberen Schneidezähne sind dick und nach außen und oben gebogen, ohne Schmelzbänder. Darüber hinaus sind auch die Eigenschaften ihres Nasenbereichs unterschiedlich. Im Vergleich zu den beiden anderen frühen Elefantenarten hat der Schaufelzahnelefant den kleinsten Nasenknochen und die komplexeste Struktur um die Nasenlöcher und übertrifft sogar den Evolutionsgrad lebender Elefanten. Diese nasenbezogenen Skelettmerkmale weisen alle darauf hin, dass Shovedon-Elefanten eine sehr entwickelte Nase haben (je kleiner das Nasenbein, desto stärker entwickelt ist der Rüssel).


△Ergebnisse der Finite-Elemente-Mechanik-Analyse und paläoökologische Umweltrekonstruktion (gemalt von Guo Xiaocong)

Um die Ernährungsgewohnheiten und Fütterungsmethoden der drei Elefanten genau zu enthüllen, nutzte das Forschungsteam verschiedene Forschungsmethoden. Unter anderem wurden die Analyse der stabilen Isotope von Zahnschmelzkohlenstoff und -sauerstoff und die Analyse der Finite-Elemente-Mechanik zu den wichtigsten Mitteln zur Rekonstruktion des Fressverhaltens dieser frühen Elefanten: Stabilisotope von Zahnschmelzkohlenstoff und -sauerstoff lieferten Hinweise auf die unterschiedlichen Fresspräferenzen der drei Elefanten; Die Analyse der Finite-Elemente-Mechanik wurde zum wichtigsten Mittel zur Wiederherstellung der Zufuhrmethoden.

Die Forschungsergebnisse zeigen, dass der Schaufelzahnelefant, das Ambrosia und das Codon unterschiedliche Ernährungsmethoden und Lebensumgebungen hatten: Der Schaufelzahnelefant lebte in einer relativ offenen Umgebung und seine Mandibeln waren nur zum Schneiden vertikal wachsender Pflanzen geeignet. Der Schaufelzahn-Elefant rollte sich mit seinem flexiblen Rüssel auf den Pflanzen zusammen und schnitt dann mit seinen Mandibeln horizontal. Diese Fütterungsmethode ist sehr effizient. Der Wildschwein-Odon lebt in einer relativ geschlossenen Umgebung und eignet sich zum Schneiden von Ästen, die horizontal oder schräg wachsen. Es nutzt seine Nase, um beim Drücken der Äste zu helfen, und arbeitet dann mit seinen Mandibeln zusammen, um die Nahrungsaufnahme abzuschließen. Der Lebensraum des Codons liegt zwischen den beiden oder überschneidet sich mit beiden. Seine Fütterungsmethoden sind vielfältig und er kann sich sowohl an Wälder als auch an Wiesen gut anpassen. Bei den frühen Elefanten waren der verlängerte Unterkiefer und die unteren Schneidezähne die Hauptnahrungsorgane, während der Rüssel nur als Hilfswerkzeug diente. Frühe Elefanten mit unterschiedlichen Unterkieferformen hatten unterschiedliche ökologische Anpassungsfähigkeiten. Als die ökologische Umgebung allmählich trocken und kalt wurde, konnten sich Schaufelzahnelefanten besser an die relativ offene ökologische Umgebung anpassen und sich von krautigen Pflanzen ernähren, was letztendlich die Entwicklung der Greiffunktion und Flexibilität des Elefantenrüssels förderte.


△Dreidimensionales Restaurierungsmodell von Spodoptera (hergestellt von Wang Yu)

Die Ausbreitung der Spadedon-Arten in offene Lebensräume wurde durch das Aussterben der Spadedon-Arten beendet, das durch das extreme Hitzeereignis in Tortona zu Beginn des späten Miozäns verursacht wurde. Allerdings lösten Codons die Spadedons ab und breiteten sich im späten Miozän weiter in offene Lebensräume aus. Mit der Weiterentwicklung der Rüssel hin zu größerer Flexibilität und stärkeren Greiffunktionen wurde die Nahrungsfunktion der Elefanten vollständig auf den Rüssel übertragen, was letztlich zu einer Verkürzung der ursprünglichen Nahrungsorgane, des Unterkiefers und der unteren Schneidezähne, führte. Daher ist die Anpassungsfähigkeit des Fressverhaltens in offenen Umgebungen der „Katalysator“ für die Entwicklung der Rüsselgreiffunktion des Elefanten. Diese Studie liefert wichtige Beweise für unser Verständnis des evolutionären und ökologischen Hintergrunds von Rumpf und Unterkiefer dieser wichtigen Elefantengruppe und liefert neue Erkenntnisse darüber, wie Rüssel sich an ihre Umgebung anpassen und wie Umweltveränderungen die Entwicklung einzigartiger Organe beeinflussen.

(CCTV-Reporter Shuai Junquan und Chu Erjia)