陕西嵌齿象与同心铲齿象同物异名考及铲齿象属一新种

铲齿象(Platybelodon)在中国北方中中新世的长鼻类中占据着主导地位。然而,对其头骨和颊齿形态学的研究并不充分,尤其是与嵌齿象属(Gomphotherium)的区别并没有仔细研究。重新研究了之前被鉴定为陕西嵌齿象(Gomphotherium shensiense)的一件较为完整的头骨。这件标本上牙无釉质带,吻部窄长,面部位置靠前且伸长,有一个很大的“鼻前斜坡”。这些形态特征不同于已知任何嵌齿象的头骨,但与铲齿象的原始类群,如同心铲齿象(P.tongxinensis)和达氏铲齿象(P.danovi)相吻合;臼齿也和同心铲齿象正型标本M3一样,具有四脊,齿脊间距离较宽,外轮廓弯曲,有白垩质型齿发育的倾向。据以上特征,将陕西嵌齿象归为同心铲齿象,两者为同物异名。另外,还从美国自然历史博物馆中亚考察队在中国通古尔地区采集的一批格氏铲齿象(P.grangeri)材料中鉴定出一个新种四脊铲齿象(Platybelodon tetralophus sp.nov.)。不同于格氏铲齿象和其他的种,四脊铲齿象的M2和m2有4个齿脊,是铲齿象中最进步的种;它只在通古尔组的最上部层位出现,即属于铁木钦(Tamuqin)动物群的Platybelodon Quarry地点和Wolf Camp Quarry地点。本研究工作是对中国铲齿象属的全面修订。

铲齿象类(amebelodontids)摄食行为相关的下颌形态学分化及力学适应

铲齿象类(amebelodontids)是一类下颌特化为铲状形态的化石长鼻类,对于其下颌的功能形态学的认识在不断提升之中.早期的观点认为铲齿象各属种均生活在近水区域,用宽扁的下颌和下门齿摄食水草;近期通过研究牙齿微磨痕认为,铲齿象不同属种的摄食行为有差异,其中铲门齿象属(Amebelodon)摄食方式非常灵活多样,铲齿象属(Platybelodon)则特化为以下颌和下门齿切割植物的摄食方式.虽然摄食方式是一个典型的力学问题,但尚无从力学角度对铲齿象类摄食方式的研究和论证.本研究通过建立铲齿象属和铲门齿象属的平面下颌有限元力学模型,分析了在"挖掘"和"切割"两种工况下,铲齿象属和铲门齿象属两个模型在力学响应方面的差异.结果证明,铲门齿象下颌模型的力学性能在总体上优于铲齿象模型.这表现在,在相同主动力(肌肉收缩力)的条件下,铲门齿象模型可以对抗较大的远端外力矩载荷;在相同的外力载荷下,尤其是在"挖掘"工况的外力载荷下,铲门齿象模型的最大von Mises等效应力往往要小于铲齿象模型,这符合铲门齿象在演化中的优势积累;同时,铲门齿象模型在"挖掘"和"切割"两种工况下,各项力学响应的指标均无明显差异,支持铲门齿象摄食方式非常灵活多样的论点.另一方面,铲齿象模型在"切割"工况下的力学响应具有一些突出的优势.首先,在相同主动力条件下,铲齿象模型在远端的"切割"力输出要远大于铲门齿象模型;其次,在相同的"切割"外力载荷下,铲齿象模型的总体应变能要小于铲门齿象模型;第三,在"切割"工况下,铲齿象模型的最大von Mises等效应力比在"挖掘"外力载荷下有了很大的改善,与铲门齿象模型在同样大的"切割"外力载荷下的最大von Mises等效应力相差无几.以上结果支持铲齿象属特化的切割植物的摄食方式.形态学在力学方面的优劣是两种铲齿象类具有不同的摄食行为的直接证据,因此本研究比前人的研究更加深入了一步,也为研究长颌象类史前广泛的适应辐射提供了新的方法学参考.