科技日报记者 赵汉斌
我们可能听说过冰河时期惊心动魄的灭绝事件中，欧亚大陆猛犸长毛象、披毛犀、大角鹿等巨型动物群的消亡事件，但对洞熊却不一定很熟悉。
洞熊学名Ursus spelaeus，是一种在更新世生存于亚欧大陆北部的熊，约2万年前灭绝，因其化石多在洞穴内发现，故命名为“洞熊”。在很多著名的洞穴中，几乎都发现过洞熊的整副骨骼化石。在我国北京周口店也曾有发现，它与巨型短面熊同为更新世的两大巨熊。
成年洞熊体宽可达1.7米，身长可达3.5米，体重超过一吨。是什么原因导致这种庞然大物灭绝，学界历来众说纷纭，莫衷一是。近日著名国际期刊《科学进展》发表论文称，科学家通过计算机模拟，对洞熊饮食习惯给出了生物力学解释，通过咀嚼运动与头骨发育的关系，提出了咀嚼导致鼻窦等系统功能退化，进而让头骨变小，可能导致洞熊灭绝的全新观点。
洞熊骨架。（图片来源： Science Advances网站）
是人干的？洞熊灭绝之谜众说纷纭
三年前，德国图宾根大学的内藤佑一研究发现，洞熊骨骼中氮-15含量较低，拥有强壮的颌骨、大而平的牙齿，居住地周围只生长密集的植被。这一切都表明，洞熊是草食动物。而这种特殊的饮食结构，正是洞熊在2万多年前灭绝的原因。
那时,气温急剧下降，植被大面积枯萎，使洞熊失去了赖以生存的食物。学者的研究认为由于洞熊的食物非常单一，为了满足身体所需，它必须大量进食。与每天必须饱餐40千克竹子的熊猫相似，洞熊的食量有过之而无不及，营养转化率非常低。但相反，棕熊是一种杂食动物，骨头内氮含量较高，它们的食谱包涵水果、蜂蜜、鱼等，丰富的饮食结构使它对环境的适应性更强，从而能广泛分布。这一观点也得到广泛认同。
但在2019年12月，自然旗下的《科学报告》杂志发表了欧洲科学家的一项演化学研究报告称，洞熊种群大约从4万年前开始急剧减少，这个时点早于气候变冷时期，而与现代人类在欧洲扩散的时间重合。寒冷气候以及之后的植物来源食物减少，可能导致洞熊种群分散成不同的亚种群，这些亚种群生活在气候较为温和且植物丰富多样的小型栖息地。人类可能通过打断这些亚种群之间的联系，包括人类捕猎在内的其他因素，在洞熊的灭绝中发挥了决定性影响。
与此相映衬的观点已出现在2008年1月7日出版的《美国国家科学院刊》杂志上，一个由美国、英国和德国等国科学家组成的国际研究小组，公布了他们的发现――洞熊是人类祖先最强劲的对手之一。人类祖先凭借着智慧，破坏了这些凶猛动物的居住环境，将它们逐出洞穴，赶往深山。有证据表明，一些洞穴曾经被古人类和洞熊类交替占领过。并由此推测，当时人类趁洞熊冬眠期间，杀死或赶走那些萎靡不振的熊类；而春季到后，冬眠苏醒、腹中饥饿的洞熊又回袭击人类，猎杀之并夺回洞穴。这样周而往复的火并，智力稍强的人类最终夺取了洞穴，并将它们一赶尽杀绝。
现已灭绝的洞熊（左上角）中发育良好的窦道系统与在UB进行的咬合模拟（左下角）中不均匀的机械应力分布有关。活体熊的鼻窦系统发展得不太成熟，例如太阳熊或蜂蜜熊（右上角）允许机械应力均匀分布在前额区域，如咬模拟（右下角）所示。（图片来源： Science Advances网站）
洞熊是素食者肉食者还是杂食者？
在过去的40年间，有关洞熊头骨、颌骨和牙齿的研究表明，洞熊很可能是一种食草动物，洞熊骨骼中氮-15水平较低，相当于吃素动物的水平。它们平素嗜好嫩草、草根、草莓类植物以及蜂蜜，偶尔也猎食一些动物，包括当时的人类。不过对于洞熊的“食谱”，科学界却一直存在争议。
而法国和比利时研究人员则通过分析洞熊的牙齿发现，洞熊是一种杂食动物，相对食草动物，食肉动物在进食过程中，会在体内不断积累更多的氮。再者，黑熊和棕熊都是杂食动物，这表明，尽管洞熊大多数情况下可能以草食为主，但有时候它们也会尝尝荤腥。
在欧洲中部的喀尔巴阡山脉，科学家们发现的洞熊骨头表明，洞熊完全不是人们之前想像的温和模样，它们拥有巨大的牙齿、剃刀般锋利的巨爪，是一种性情非常凶猛的食肉动物，甚至还吃人。科学家们通过分析近年在此山脉西南角发现的洞熊骨头的数据表明，绝大多数洞熊体内的氮-15含量很多，超过众多食草动物。这表明这些洞熊个体是吃肉的，是典型的肉食动物，它们不仅与人类争夺洞穴，还捕食土狼、灰狼、洞狮和鱼。
德国波茨坦大学的阿克塞尔·巴洛等人曾分析过4只生活在7.1万年至3.4万年前的洞熊基因组序列, 并将其与其他动物的DNA和基因组序列进行比较,还对其牙釉上的划痕和斑点进行了分析，以判断其食物构成。研究人员在美国《国家科学院学报》上介绍，他们发现洞熊并不是吃素的，在进入冬眠之前，洞熊的食物种类可谓丰富多彩，其中包括禽类和哺乳动物、无脊椎动物、种子以及各类干果和鲜果。它也会像绝大多数的杂食动物一样，在储存了足够的能量后才会进入冬眠。
在证实洞熊是杂食动物后，它赖以生存的植物资源变得稀缺导致其灭绝的说法也被打上一个问号。
科学家们用动画演示洞穴熊对长冬眠期的鼻窦适应机制，限制了它们的饮食灵活性。（图片来源：亚历杭德罗·佩雷斯·拉莫斯博士团队制作动画截图）
生物力学真能揭示洞熊灭绝的命运？
2020年4月1日，研究人员在国际著名期刊《科学进展》上提出了一个标题为“进化适应帮助洞穴熊冬眠，但可能导致灭绝”新的假设，以回应科学文献中关于动物吃了什么，以及如何影响它们的灭亡的争论论文称，洞熊灭绝的原因，并不是因为与人类的竞争，而是因为洞熊鼻子的特殊结构，阻止了它们在气候变化的条件下转向其他食物。研究人员通过分析洞熊进食情景下的三维计算机模拟，以确定它们不灵活的饮食背后，是否有生物力学解释，以证明在植被资源有限的情况下，洞熊可否有效地调整它们的饮食，从而解释欧洲洞熊为何在气候变化时期灭绝。
论文作者之一的西班牙马拉加大学古生物学家亚历杭德罗·佩雷斯·拉莫斯表示：“我们认为，气候变冷导致洞熊的鼻窦特别大。头骨形状的变化，大幅降低了骨骼承载的负荷，尤其是当它们被猎食者的獠牙或大牙咬伤时。”他们之所以对熊的鼻窦特别感兴趣，是因为大的鼻窦允许更大的代谢控制，对洞熊冬眠期间的生存至关重要。“研究表明，气候变冷可能迫使洞熊选择高度发育的鼻窦，这反过来导致了洞熊血统特有的圆顶头骨的出现。”
科学家们扫描了四只洞熊和八只现生棕熊的头骨，比对发现洞熊的鼻窦出奇的大，而鼻窦直接影响了咀嚼方式、力度和幅度，受到大鼻窦的限制，洞熊面颅骨和头盖骨出现变形，原本圆形的头顶变得扁平，而且不断向后延伸，犬齿、门齿的咬合力也因此变弱。随着时间推移，它们无法使用门齿和犬齿将肉食撕裂食用，只能依靠臼齿将植物研磨碎吞咽。因此当草不够吃的时候，它们也就无法转而以肉类为食。
洞熊会为何会演化出大鼻窦？科学家们认为，在冰期，洞熊一年中冬眠的时间要长于其他熊科动物，大鼻窦有助于降低冬眠时的消耗。鼻窦是颅骨内的空腔，一共有四对，左右对称，对人类来说，鼻窦可以调节呼吸时吸入鼻腔空气的温度和湿度，对洞熊也不例外，尤其在冬眠时这一点非常重要。另外，许多动物入眠前体重都会增加1到2倍，但是平时吃素为主的洞熊，在进入冬眠前无法积攒充足的能量，因此降低消耗格外重要，大鼻窦也因此而生。
也就是说，为了适应环境，洞熊演化出了大鼻窦，原本有了大鼻窦它们就能在寒冬里通过冬眠减少能量消耗，从而渡过食物供给不足的冬天；但也是因为有了大鼻窦，它们的咀嚼能力受到影响，只能以草为食，根本吃不了肉。当植被为寒冷而无法生长时，洞熊无法通过改变饮食来维系生存，尤其是在冬眠前，因未能摄入足够的能量，很可能因此在冬眠中耗尽脂肪而“长睡不醒”，最后导致整个物种的灭绝——当然，这也是一家之言。
相信越来越多的科学发现和新技术的支撑，洞熊到底是素食动物还是杂食动物，以及洞熊灭绝之谜最终将大白于天下。
