近日,中国科学院古脊椎动物与古人类研究所江左其杲团队,联合英国牛津大学野生动物保护研究组山口诚之、意大利佛罗伦萨大学Joan Madurell-Malapeira、俄罗斯科学院远东分院Viktor G. Yudin等国际机构同行,以及周口店猿人遗址博物馆、中国地质博物馆、云南大学、和政古动物博物馆等国内机构的同行,对东亚地区虎及其近缘类群的化石进行了系统研究,首次重建了虎从早更新世(约250万年前)到现在的完整演化框架。相关论文发表在国际古脊椎动物期刊《Papers in Palaeontology》上。论文第一作者为古脊椎所副研究员江左其杲,王世骐研究员、邓涛研究员为共同通讯作者。
研究人员首先对现实虎的头骨功能形态展开了研究,发现虎和已经灭绝的剑齿虎在功能形态上有很多相似之处,为趋同演化的结果。虎的矢状嵴发达,下颌角突强烈向腹侧伸展,乳突粗壮并向前延伸;角突为咬肌浅层提供更大附着面,并使肌纤维更趋垂直,从而提高闭颌时的向上分力,乳突则与颈部及前肢肌肉附着相关,有助于增强咬合和头部稳定。这些特征在剑齿虎类中通常更为极端。牙齿方面,虎的犬齿发达(在现生猫科动物中比例上最为粗大),且发育后脊,具有初步的切割能力;下裂齿m1下前尖(paraconid)趋于粗壮并发育内侧嵴,与进步的剑齿虎类相似,可增强切割坚韧皮肤等组织的能力,但不适于处理硬骨(虎的下颌相对纤细)。总体而言,虎的演化趋势是增强对大型猎物的制伏和快速致死能力,同时减少硬食(durophagy)适应,这与剑齿虎类在功能方向上是一致的。
经过梳理,虎的演化可以分为以下几个阶段。
早更新世:古中华虎是虎的祖先
古中华虎(Panthera palaeosinensis)由Zdansky于1924年根据河南渑池约200万年前的头骨命名,种名由palaeo-(古老的)和Sinensis(中国的)组成,意为“古老的中国虎”。2011年,Mazák等根据甘肃龙担约235万年前的标本建立新种Panthera zdanskyi,种名致敬早期为虎演化做出重要贡献的学者Zdansky,并认为它是现代虎的直接祖先。但本次研究在更多化石材料基础上发现,P. zdanskyi模式产地的一些新标本与P. palaeosinensis模式标本高度相似,而另外一些新标本则与P. zdanskyi很相似;它们牙齿特征高度统一,差异很可能是性别差异。因此,论文将P. zdanskyi归入P. palaeosinensis的同物异名。这样一来,古中华虎的分布从河南渑池扩展到甘肃龙担、重庆巫山、广西柳城、百色、湖北建始等地,年代约250万–140万年前,是早更新世中国北方和南方常见的大型猫科动物。其体型与美洲豹相当,具有相对大的上犬齿、高而垂直的下颌联合、较长的听泡、弱至中等腹向扩展的下颌角突等;与虎相比,古中华虎整体更小,鼻吻较短,矢状嵴背侧无凹,乳突小,听泡更延长,下颌角突腹向扩展弱,P4唇缘更凹,P3/p4整体较大,p4前附尖大,m1下前尖内脊缺失、下前尖相对纤细。
约130万年前:最早的虎记录
最早的虎记录约120-130万年前,来自陕西蓝田公王岭,目前仅有一枚牙齿,但它标志着虎P. tigris这个物种的开始。
约100万年前:陆氏虎——目前已知最原始的虎亚种
本次研究重点命名了新亚种——陆氏虎Panthera tigris lui subsp. nov.,来自郧县人遗址,是目前已知最原始的老虎亚种。其形态介于古中华虎和现代虎之间,P3和p3比例较现代虎大,P4仍有唇侧凹,p4有时具中部收缩,m1下前尖较弱。亚种名“lui”为拉丁化姓氏缩写,献给郧县人遗址考古发掘领队陆成秋。该亚种为理解现代虎早期演化提供了关键证据。
中更新世最早期:古北京虎——小型化特殊类型
研究还命名了另一新亚种——古北京虎Panthera tigris palaeobeijingensis subsp. nov.,亚种意为“来自北京的古虎”。模式产地为北京周口店第13地点,年代为中更新世最早期,约75万年前。该虎体型较小,与巴厘虎相当,是中晚更新世唯一平均体重在100公斤的大陆型虎。其P3和p4比例较大,P4原尖小,矢状嵴后部稍向后延伸,听泡前后缩短,下颌角突腹向扩展。它既具有现代虎的衍生特征,又有一些独特的特征,是老虎演化中的一个特殊类型。
中更新世:利齿虎与未定名虎类
中更新世早期约65万–40万年前,周口店第1地点出现利齿虎(Panthera tigris acutidens),由Zdansky于1928年命名,模式产地为北京周口店第1地点,当初命名的时候只有几颗离散牙齿。这里我们选择选型标本为一件带犬齿至m1的部分下颌。其分布还包括陈家窝、蓝田、山西寿阳等地。利齿虎体型相对较大,总体为现代虎形态,但下颌腹缘厚,P3前附尖小,P4唇侧凹更常见,m1下前尖内脊较少发育,代表中更新世大型虎类。
到中更新世晚期,虎类化石形态已很难与现代亚种区分,牙齿差异不稳定,需大样本检验,研究暂不建议将其归入任何亚种,可统称为中更新世晚期—晚更新世未定名虎类或种群。以重庆万州盐井沟为代表的华南中更新世晚期虎体型达到最大,可能与季风增强、食物丰富有关。晚更新世代表如周口店山顶洞(约5万–3万年前)的大型种群,可能已进入现代虎分化范围,但无法确定亚种。俄罗斯远东地质学会洞等也出土了具现代虎特征的大型种群。
体型演化
早更新世(约235万–140万年前),古中华虎(Panthera palaeosinensis)体型与美洲豹相当,平均体重约100kg左右,最大130kg,整体小于现代虎及中晚更新世虎类。华南和东南亚早更新世虎类体型波动较小,与当时气候相对稳定一致。
约100万年前,郧县人遗址的陆氏虎(Panthera tigris lui)已发现多件标本,体型已经明显较古中华虎增大,体重落在现代虎变异范围内,但仍然小于现代大陆虎的平均值,估计约100–160kg。
约75万年前,周口店第13地点古北京虎(Panthera tigris palaeobeijingensis)体型小,平均体重100kg,与巴厘虎相当。
中更新世早期,周口店第1地点利齿虎(Panthera tigris acutidens)体型相对较大,约110–200kg,代表中更新世大型虎类,与现生东北虎体重均值很接近。约100万年前起,伴随早中更新世转型和大型食肉动物局部灭绝,虎体型进入平衡但波动阶段。北方—俄罗斯远东地区波动幅度最大,平均约从100–180公斤剧变,与气候不稳定和冰期—间冰期不对称周期有关;华南和东南亚环境相对稳定,波动较小,华南地区中晚更新世的虎体型达到大陆虎的最大状态,平均约170–180kg,与巴氏大熊猫体型峰值同期;当时季风增强、降雨丰富、生态系统生产力高,食物丰富,可能促进虎体型增大。
晚更新世,周口店山顶洞(约5万–3万年前)出现大型种群,平均约175kg,其m1相对尺寸大于现代东北虎,可能不是现代东北虎直接祖先,但也有可能是东北虎的m1缩小在更晚时期发生。俄罗斯远东地质学会洞等也出土大型种群。
总体看,从古中华虎到现代虎,体重总体增大,但并非直线上升,存在古北京虎这样的小型化分支;北方—俄罗斯远东波动大,华南和东南亚相对稳定;气候振荡、竞争者和环境稳定性共同影响体重演化。
功能形态演化
研究团队还对虎头骨和牙齿的功能形态进行了分析。现生虎主要采用两种猎杀方式:咬住大型猎物喉部使其窒息,或咬住中小型猎物后颈直接破坏脊髓。其头骨适应包括宽阔颧弓、发达矢状嵴、腹向扩展的下颌角突、粗壮乳突、巨大犬齿及锐利后脊,以产生强大咬合力并增强颈部肌肉力量。古中华虎P. palaeosinensis这些特征明显较弱:矢状嵴远端和角突扩展较小,乳突不粗壮,显示强大咬合和颈部撕咬能力尚未充分发展;m1缺乏衍生特征,处理大型猎物坚韧皮肤能力较弱,可能更多捕食中型有蹄类;前臼齿相对较大,可能保留一定硬食能力,与当时同域存在多种大型食肉动物、竞争激烈有关。到虎P. tigris出现时,剑齿虎类减少、鬣狗类部分灭绝,竞争减弱,虎体型增大,功能适应转向猎杀大型猎物和快速杀死中小型猎物,硬食适应退化。
扩散:六个阶段
扩散历史可分为六个阶段。I早更新世,古中华虎分布于中国北方和南方,包括甘肃龙担、河南渑池、重庆巫山、广西柳城、百色、湖北建始等,但似乎未进入东部和东北地区;II约130万–100万年前,P. tigris出现后分布基本不变,可能已进入中南半岛并扩散到爪哇;III中更新世最早期,虎向北扩散到华北平原;IV中更新世早期,进一步扩散到东北南部和华南东部;V中更新世晚期至晚更新世,扩散到俄罗斯远东和南亚;VI末次冰期后,北方谱系向西扩散到中亚和西亚,可能与洞狮灭绝留下生态位有关。
该研究首次重建了老虎的完整演化框架,确认了古中华虎的祖先地位,揭示了气候振荡、竞争者灭绝和环境不稳定对虎形态、体型和分布的深刻影响,并表明中国华南、华北是老虎演化与扩散的关键地区,对现代虎保护具有重要参考价值。
原文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/spp2.70131

图1。虎的功能形态图解,揭示其与剑齿虎的趋同演化。

图2。陆氏虎Panthera tigris lui化石,产自郧县学堂梁子。

图3。古北京虎Panthera tigris palaeobeijingensis化石,产自周口店第13地点。

图4.利齿虎Panthera tigris acutidens化石,产自周口店第一地点,湖北郧西白龙洞,陕西蓝田陈家窝。

图5。虎的体型演化。

图6。虎的地理分布变迁。