严重了！吃不光决定体型，还决定脸型

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袋鼠罗杰是强森袋鼠世界中的一块巨石，他喜欢徒手摩擦铁桶。(照片来源:https://www . ABC . net . au/news/201810/Roger-the-ripped-袋鼠-dies/10599312)

罗杰的脸可能是最熟悉的袋鼠脸。

人类有长脸、圆脸、方脸、椭圆脸和鞋拔脸。袋鼠就是这种脸吗？

作者经常认为他的脸如此圆一定是因为他太聪明了(这应该是唯一没有科学依据的句子，但他不接受反驳并强行转到本文的主题)。如果袋鼠有不止一种脸型，不同的脸型有什么影响？

经典理论认为哺乳动物的脸长受身体大小的影响，即异速生长。随着身体尺寸的增加，面部长度将以不同的比例增加。然而，从生物力学的角度来看，发现食物的硬度和柔软度也可能影响哺乳动物的面部长度。

最近，著名的英国学术期刊《英国皇家学会学报》发表了一篇题为“袋鼠觅食决定的生物力学面长及其关系”的研究论文。

本文中，雷克斯·米切尔和澳大利亚新英格兰大学的其他研究人员对澳大利亚博物馆、昆士兰博物馆和新英格兰大学自然历史博物馆收集的16种袋鼠和236个标本进行了CT扫描重建，然后进行了三维几何形态测量和生物力学分析，试图确定袋鼠面部长度的差异是否主要是由于异速生长或饮食习惯的差异。

结果表明，一些袋鼠物种的异速生长确实对头骨形态有一定的影响，而食性对不同群体的面部长度有更深更广的影响。简而言之，一切都是为了吃。

反思袋鼠:并非所有袋鼠都是澳大利亚拳击冠军

首先，让我们再次了解袋鼠。

事实上，并不是所有的袋鼠都被称为袋鼠。不是所有的袋鼠都是澳大利亚拳击冠军。

巨口亚目是哺乳动物双壳类家族的一员，包括巨口亚目、大口亚目和小口亚目。

袋鼠通常指较大的袋鼠，如红袋鼠罗杰，袋鼠指一些小物种，袋鼠是两者之间的中等大小。他们代表了大多数最熟悉的袋鼠家庭成员。

尤金袋鼠(大袋鼠)，一种可爱的小袋鼠

(照片来源:新英格兰大学gerhard koertner博士。原件)

由此，我们可以看出袋鼠的体形差异很大，最大的重达90公斤，最小的不到1公斤。同样，不同袋鼠的饮食习惯也大不相同。最新研究中的16种袋鼠种类从最小的种类(麝袋鼠)到最大的种类(红袋鼠)。这些不同的袋鼠也可以分为:吃草、吃树叶和树枝、吃植物根、吃水果、吃蘑菇(说实话，我总觉得袋鼠吃蘑菇画有点奇怪……)和各种食物。

麝袋鼠是世界上最小的袋鼠(图片来源:http://www.iltaw.com/animal/1118)，它只生活在澳大利亚东北部的热带雨林中

对于食草哺乳动物，较小的物种倾向于选择少量的营养食物，如水果、真菌、昆虫、植物根等。这些食物在物理性质上差别很大，例如，根会很硬。较大的动物倾向于选择营养较低但容易大量获得的食物，如草、叶子和嫩枝，它们大致可分为两类:一类是吃草(单子叶植物)，另一类是吃叶子和嫩枝(双子叶植物)。这些食物的物理特性也不同，例如，含有木头的树枝比草更硬。

与食草动物相比，吃细枝的哺乳动物通常脸较短，因此有人推测，鼻子较短(脸较长)可能有利于吃较硬的食物。

面对各种各样的体型和饮食习惯，我们如何利用先进的计算机模拟方法来研究饮食习惯对体型的真正影响？在这项最新研究中，三维几何测量和有限元分析被用作定量分析的法宝。

三维几何测量:

首先，研究人员需要定义脸部的长度。

如何计算脸的长度，如何计算脸的短？

照片来源:微博@树上的肥猫哇

研究人员在袋鼠的三维头骨模型上识别了32个同源的识别点，因此这些点的空间分布可以定量地表示每个标本的形状。

脸的长度被定义为吻和颧弓的比例。与下图相比，颧弓约为7: 00至3: 00，吻部相当于3: 00至17: 00。

用于形态学分析的颅骨上识别点的位置示意图。

(照片来源:Mitchell等人，2018年。)

通过一系列神秘的空间坐标变换，200多个袋鼠头部的形状同时呈现在形态空间中。通过提取每个主成分，我们可以定量地看到不同标本之间的形态差异。

通过系统风扇的操作，我们可以通过原始模型的三维变形来模拟和可视化每个形态差异的极端情况。

因此，从下图中水平轴和垂直轴两侧的模拟极值状态可以看出，下图中的水平轴(第一主成分)代表了颅骨的变化，明显表现为颅骨的缩小、颧弓的加宽和门牙的前伸随着体型的增大(从左到右)。垂直轴上的低值(第二主成分)意味着较短的面，而高值意味着较长的面。

主成分分析结果图1，不同的颜色代表不同的属和种，相同的颜色代表相同属和种中的不同个体

(照片来源:Mitchell等人，2018年。)

也许在上图中，根据属和种进行分组看起来令人眩晕。在下图中，根据进食习惯分组后，你是否觉得世界豁然开朗？

可以清楚地看到，吃树枝的脸最短，吃树根的脸较短，吃草的脸相对较长，吃水果和蘑菇的脸最长，吃杂食的脸被夹在中间。

主成分分析结果如图2所示。不同的颜色代表不同的饮食习惯:红色代表吃草，绿色代表吃树枝，黄色代表吃树根，蓝色代表吃水果，紫色代表吃蘑菇，灰色代表杂食。

(照片来源:Mitchell等人，2018年。)

法宝2:有限元分析

同时，研究人员已经为16只袋鼠建立了有限元分析模型。为了预测咬合力并定量比较每个颅骨形状的机械效率，还在模型上恢复了七组用于咀嚼的肌肉。

那么这些肌肉恢复的参考是什么？

有一部关于科学家变成电锯狂人的惊悚片。

一天，袋鼠兄弟雷克斯·米切尔在澳大利亚某处高速公路上快乐地飞驰，突然他发现前面的路上有一个未知物体。在减速并靠近观察后，发现这是一只红颈袋鼠(Macropus rufogriseus)，不幸在一次车祸中丧生。

红颈袋鼠实际上是一种非常可爱的中小型袋鼠

(照片来源:新英格兰大学gerhard koertner博士。原件)

这里需要解释的是，袋鼠作为澳大利亚高速公路上的头号杀手，经常撞车，造成800人死亡，1000人受伤的悲剧。因此，澳大利亚高速公路上到处都可以看到袋鼠出没的警告信号。作者也不幸地经历了一次100速的老鼠尸体奔跑，这真的很难描述。然而，总的来说，当遇到一只刚被杀死的袋鼠时，我们需要检查是否还有存活的希望，以及袋子里是否有一只小袋鼠能够存活。如果有任何需要联系袋鼠救援机构，袋鼠宝宝将得到及时的帮助和支持。在前一篇文章中，罗杰是一个婴儿，他的母亲出了事故，由一个救援组织的人抚养大。

一只红色小袋鼠，由人类在袋鼠救助站抚养

(照片来源:新英格兰大学gerhard koertner博士。原件)

抱歉离题了。简而言之，袋鼠兄弟雷克斯就这样发现了一只死袋鼠，他需要解剖袋鼠来了解它的肌肉状况。当他把这个不幸的蛋拖到路边后，他发现这个标本太大了，放不进他的车里，所以根据他自己的描述，他把手伸进这团血淋淋的东西里，摸摸它的头在哪里...然后他从车上取下工具箱，站在路边，在光天化日之下锯掉袋鼠的头，把它带回家...

算了吧，毕竟有一具在路上捡到的树袋熊尸体在他的冰箱里，这并不罕见...简而言之，雷克斯顺利拿到标本，并和他的同事解剖了相应的肌肉，从而恢复了袋鼠头骨三维模型上的肌肉组织。

第一作者雷克斯·米切尔正在解剖红颈袋鼠(照片来源:新英格兰大学雷克斯·米切尔博士)。

对这些模型施加外力后，可以分析比较不同模型之间的咬合力和颅骨应变，从而判断相应形态所表现的机械效率。

一些有限元分析结果的示意图。从左到右，它们吃蘑菇、根、树枝和草(照片来源:新英格兰大学雷克斯·米切尔博士)。

在图中，身体大小从左到右逐渐增加，但进食习惯不同。头骨上明亮的颜色代表压力下的大变形，而冷颜色代表小变形。

比较表明，吻越短越厚，门牙咬合时的骨变形越小，这意味着它们可以咀嚼一些坚硬的食物，而不会因为太硬而对自己造成伤害。

根据它们的饮食习惯，吃高木头和硬食物如树枝和根的袋鼠有更好的头骨机械性能，而吃软食物如水果和蘑菇的袋鼠有更差的机械性能。根据形态分析的结果，吃树枝和根的袋鼠的鼻子更短更粗，而吃水果、蘑菇和牧草的袋鼠的鼻子更长，我们可以推断出袋鼠头骨的形态与其饮食有明显的相关性。

同时，袋鼠吻部形态的差异与所选择的食物类型和特定的进食方式有关。

特别是吃草的大型袋鼠，当它们还不高大时，需要用门牙割草。然而，当它们长成老鼠时，它们高大的身材和发达的颈部肌肉使它们只需要用门牙固定草，然后用颈部的力量把草拽下来。

这种喂养方法意味着，虽然饲料不是很软的食物，成年大型食草袋鼠不需要很强的咬合力和强壮的头骨。因此，他们长得越长，他们的脸通常会画得越长，这可以在形态学分析的结果图中清楚地看到。也许对于体型较大的袋鼠来说，这种长脸还有其他一些优势，比如在开阔的地方吃草时视野更开阔。

因此，结合所有的分析结果，可以发现袋鼠亚目动物的头部和面部形态受到所摄取食物的物理性质和特定进食行为的影响。

如果菜单上有一些硬的食物，并且食物是通过切牙来吃的，你通常会有一张更短的脸，有更强的咬合力和更低的头骨变形。如果菜单上有软食物，更多的颈部肌肉被用来帮助拖动，那么你的脸通常会更长，咬合力更弱，头骨变形程度更高。

左边的图片显示了一只树袋熊吃着圆脸的树枝。右边的图片显示东部灰色袋鼠在吃草，它的脸明显更苗条(图片来源:新英格兰大学雷克斯·米切尔博士)。

作为受到国际友人喜爱的吉祥物俱乐部的明星成员，袋鼠在澳大利亚的生活确实是自我释放的，与我们的生活相比“非常不受欢迎”。因为袋鼠的数量如此之大，以至于对生态环境构成了威胁，*组织了专门的袋鼠猎人来捕杀一些每年繁殖过快的大型物种，并鼓励人们将袋鼠肉带到餐桌上。很明显，澳大利亚人“不发达”的烹饪技术不足以解决袋鼠肉的木质和油腻的特性，这一举措基本上失败了(作者通过实验证明，即使袋鼠肉被扔进火锅，其非凡的味道也无法掩盖……)。

尽管决定伤害凶手，澳大利亚仍然尽力保护袋鼠的动物福利。例如，猎人只有在有资格的情况下才能猎杀袋鼠。像我这样吃瓜的人不能随意杀死袋鼠。当然，你不能杀死袋鼠。另一个例子是，只有特定的物种才允许在特定的季节被猎杀。另一个例子是，还规定了射击的位置，即前额和耳朵区域，以确保一次射击直接摧毁大脑，并使袋鼠死亡的痛苦最小化，等等。

毕竟，老鼠泛滥不是他们的错。很有可能在欧洲人到达澳大利亚后，他们砍伐了森林，导致大量林地突然变成了适合袋鼠捕食的草原。这就是它们快速增长的原因。然而，当地的生态系统往往无法承受消耗饲料的老鼠数量如此急剧增加，必须加以控制。因此，虽然在国徽上猎取可爱的吉祥物是有争议的，但它仍在进行中，并被描述为“一个基本的邪恶”。

此外，尽管澳大利亚的啮齿动物数量远远超过整体数量，而且似乎无处不在，但实际上仅限于几个物种的大规模繁殖。一些不知名的袋鼠，尤其是小袋鼠，像许多其他澳大利亚本土动物一样，正遭受着许多生存威胁，并在数量减少的边缘挣扎。

研究各种袋鼠的生物力学与生态习性之间的相关性，有助于人们更深入地了解各种袋鼠的习性和相应的机制，对制定袋鼠的保护规划，尤其是对一些数量少、难以直接观察的物种，具有一定的参考和指导意义。

与此同时，对现存袋鼠的功能和形态相关性的定量理解意味着，对于那些已经灭绝的袋鼠化石，我们最终可以有理由地猜测别人的菜单。

近3米高，是历史上最大的袋鼠，灭绝的巨型短脸袋鼠(Procoptodon goliah)和它的灭绝的朋友(图片来源:https://www . Australia geography . com . au/blogs/australopaaeo/2015/12/化石-事实文件-procoptodon/)

事实上，袋鼠的内心世界可能是:我有一张长脸和一张短脸。这和你愚蠢的人类有什么关系？？？

参考:

觅食的生物力学决定了袋鼠及其亲属的面部长度。继续。R. Soc。B 285: 20180845。http://dx.doi.org/10.1098/rspb.2018.0845