코끼리는 육지 포유류 중 가장 큰 동물이며, 가장 눈에 띄는 특징 중 하나는 부드럽고 유연한 몸통입니다. 올리고세(Oligocene)와 마이오세(Miocene) 시대를 포함한 코끼리 진화의 초기 단계에서 모든 코끼리는 극도로 길쭉한 하악골과 낮은 앞니를 가지고 있었습니다. 특히 중신세 초기부터 중기에는 하악 및 하절치의 형태가 높은 다양성을 보였다.

이 기간 동안 코끼리는 먹이를 주기 위해 아래턱과 다양한 모양의 아래 앞니를 어떻게 사용했습니까? 먹이를 주는 과정에서 코끼리 몸통은 어떤 역할을 합니까? 그러나 최신 중신세와 선신세에서는 코끼리의 길쭉한 아래턱이 예기치 않게 항상 짧아졌습니다. 이 전설적인 진화 과정의 내부 메커니즘은 무엇입니까?


△계통발생에서 필로돈과, 필로돈과, 필로돈과의 위치와 세 마리 코끼리의 턱뼈와 코 부위의 형태적 특성 비교

이러한 질문에 대해 중국과학원 박사후 연구원인 리춘샤오(Li Chunxiao), 왕시치(Wang Shiqi), 덩타오(Deng Tao) 연구원, 중국과학원 척추고생물학 및 고인류학 연구소 연구원, 화중과학기술대학교 장지(Zhang Ji) 교수 등은 아래턱 코의 다양성과 진화, 그리고 코끼리 몸통과의 공진화에 대해 심층적인 연구를 진행해 다음과 같은 사실을 밝혔다. 초기 코끼리의 먹이주기 방법과 관련 기관의 독특한 진화. 관련 결과는 국제학술지 eLife 11월 28일자에 게재됐다.


△중국 북부 중신세 초기부터 중기까지 세 가지 유형의 긴턱 코끼리의 상대적 풍부함, 치아 법랑질의 δ13C 동위원소 값, 코끼리 화석 집합체 및 다양한 위치의 해당 생물학적 연령

이 연구는 중신세 기후 최적기인 1,700만~1,500만년 전 초기 코끼리 중 별종인 플라티벨로돈(Platybelodon)이 삽 모양의 하악골을 갖고 있어 몸통을 이용해 식물을 감싸고 하악골과 협력하여 식물을 잘라 먹는 방법을 개발했다는 ​​점을 지적한다. 이것은 코끼리 코가 컬링 기능을 구현했다는 최초의 증거입니다. 본 연구에서는 긴턱마스토돈의 주요 3종인 쇼벨로돈(Shovelodon), 코고돈(Cogodon), 보고돈(Bogodon)의 기능적 형태에 대한 비교연구를 수행하였다. 하악의 모양은 다릅니다. Shoveldon은 삽처럼 넓고 평평한 하부 앞니를 가지고 있으며, 상부 앞니는 더 짧고 아래쪽으로 구부러져 있습니다. 에나멜 밴드; Cogodon의 아래 앞니는 곤봉 모양이고 위 앞니는 더 길고 아래쪽으로 구부러져 있으며 에나멜 띠가 있습니다. 보고돈은 하악 앞니가 없으나 하악 결합은 길쭉하고 홈 모양이며, 상악 앞니는 두껍고 바깥쪽과 위쪽으로 휘어져 있고 법랑띠가 없다. 이 외에도 코 부위의 특성도 다릅니다. 다른 두 종류의 초기 코끼리와 비교하면 삽이빨코끼리는 코뼈가 가장 작고 콧구멍 주변의 구조가 가장 복잡해 현생 코끼리의 진화 정도를 훨씬 뛰어넘는다. 이러한 코와 관련된 골격 특징은 모두 Shovedon 코끼리의 코가 매우 발달했음을 나타냅니다(비강 뼈가 작을수록 몸통이 더 발달함).


△유한요소 역학 분석 결과 및 고생태학적 환경 재구성(궈샤오종 작화)

연구팀은 코끼리 세 마리의 먹이 습관과 먹이 방법을 심층적으로 밝히기 위해 다양한 연구 방법을 활용했다. 그중 치아 법랑질 탄소 및 산소 안정 동위원소 분석과 유한 요소 역학 분석은 초기 코끼리의 섭식 행동을 재구성하는 핵심 수단이 되었습니다. 치아 법랑질 탄소 및 산소 안정 동위원소는 세 마리 코끼리의 서로 다른 먹이 선호도에 대한 증거를 제공했습니다. 유한 요소 역학 분석은 공급 방법을 복원하는 핵심 수단이 되었습니다.

연구 결과에 따르면 삽을 가진 코끼리, 돼지풀, 코돈은 먹이를 먹는 방법과 생활 환경이 서로 달랐습니다. 삽 이빨 코끼리는 비교적 개방된 환경에서 살았고, 아래턱은 수직으로 자라는 식물을 자르는 데만 적합했습니다. 삽 이빨 코끼리는 유연한 몸통을 사용하여 식물을 웅크린 다음 아래턱을 사용하여 수평으로 자릅니다. 이 먹이주기 방법은 매우 효율적입니다. 멧돼지오돈은 비교적 밀폐된 환경에 서식하며 수평 또는 비스듬하게 자라는 가지를 자르는 데 적합합니다. 코를 사용하여 가지를 누르는 데 도움을 준 다음 아래턱과 협력하여 먹이를 완전히 먹습니다. 코돈의 서식지는 둘 사이에 있거나 둘 다와 겹칩니다. 먹이를 주는 방법은 다양하며 삼림지대와 초원 모두에 잘 적응할 수 있습니다. 초기 코끼리의 경우 길쭉한 아래턱과 아래 앞니가 주요 먹이 기관이었고, 몸통은 보조 도구로만 사용되었습니다. 다양한 하악 모양을 가진 초기 코끼리는 생태적 적응성이 달랐습니다. 생태 환경이 점차 건조하고 추워짐에 따라 삽 이빨 코끼리는 상대적으로 개방된 생태 환경에 더 잘 적응하고 초본 식물을 먹을 수 있게 되었으며, 이는 궁극적으로 코끼리 코의 파지 기능과 유연성의 발달을 촉진했습니다.


△스포도프테라의 입체 복원 모형(왕유 제작)

스페돈의 열린 서식지로의 확장은 후기 중신세 초기에 토르토나(Tortona) 극심한 더위 현상으로 인한 스페돈을 포함한 멸종 사건으로 인해 종료되었습니다. 그러나 코돈은 스페돈(spadedons)을 이어받아 중신세 후기에 열린 서식지로 계속해서 퍼졌습니다. 몸통이 더 높은 유연성과 더 강한 쥐는 기능을 향해 계속 진화함에 따라 코끼리의 먹이 기능은 코로 완전히 이전되어 궁극적으로 원래 먹이 기관인 아래턱과 아래 앞니가 짧아졌습니다. 따라서 개방된 환경에서 먹이를 먹는 행동의 적응성은 코끼리의 몸통을 잡는 기능의 진화를 위한 "촉매"입니다. 이 연구는 이 중요한 코끼리 그룹의 몸통과 하악골의 진화적, 생태학적 배경을 이해하는 데 중요한 증거를 제공하고 코가 환경에 어떻게 적응하는지, 그리고 환경 변화가 독특한 기관의 진화를 어떻게 형성하는지에 대한 새로운 통찰력을 제공합니다.

(CCTV 기자 Shuai Junquan과 Chu Erjia)