為何劍齒動物擁有完美武器，最終仍走向滅絕？

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劍齒形態雖多樣有效，但某些次優形態可能導致該物種陷入演化困境。圖片來源：Tahlia Pollock


劍齒掠食者，如著名的劍齒虎（Smilodon fatalis），在不同哺乳動物群體中多次獨立演化出極端的劍齒形態。布里斯托大學古生物學家的一項最新研究揭示，這些獨特的牙齒在刺穿獵物時表現出卓越的功能優化。

研究團隊利用3D列印的鋼製牙齒進行咬合實驗，結合高階電腦模擬，分析了95種掠食性哺乳動物的牙齒形態與性能，其中包括25種劍齒動物。結果顯示，劍齒的長而鋒利刀片狀結構為牠們提供了明顯的獵捕優勢，成為一種高度專業化的武器。

劍齒形態至少在哺乳動物中獨立演化了五次，這種現象背後的關鍵在於其功能優化。然而，這種專業化也可能成為劍齒掠食者的致命弱點。當生態系統改變、獵物資源減少時，牠們的適應性反而受限，進而面臨更高的滅絕風險。


分為「匕首型」與「彎刀型」 為生物力學帶來新啟示



(a) 劍齒動物（黑色三角形）在刺穿獵物時施加的最大穿刺力較低，但更適合穿刺特化。
(b) 劍齒形態在多種咬合與拉扯條件下承受不同的應力，展現其力學優勢與限制。
(c) 不同牙齒形狀在特定使用情境中的應力分佈，顯示劍齒適應高效刺穿，但在結構應力下可能更脆弱。
（圖／《當代生物學》）


有趣的是，這項研究挑戰了劍齒掠食者傳統上的簡單分類方式。過去，牠們通常被分為「匕首型」與「彎刀型」兩類，但研究顯示劍齒形態其實存在更為多樣的光譜，從 Barbourofelis fricki 的長彎牙到 Dinofelis barlowi 的直而粗壯牙齒，各具特色。這也表明劍齒掠食者可能擁有比以往認知更多元的狩獵策略。

未來，研究團隊計劃將分析範圍擴展至所有牙齒類型，探索生物力學折衷如何塑造動物界中多樣的牙齒結構。這些發現不僅深化了對劍齒掠食者的理解，還為演化生物學與生物力學研究提供了重要啟發。

布里斯托大學的 Dr. Tahlia Pollock 認為，此研究幫助我們理解極端適應在自然界中如何演化，而蒙納士大學的 Alistair Evans 教授則指出，這些洞見甚至可以應用於生物啟發設計的工程領域。

這項研究結果已發表於這個月的《當代生物學Current Biology》。



資料來源 : 明日科學
https://tomorrowsci.com/animals/20250113_01/