1.6億年前，魚龍化石解開了哺乳動(dòng)物聽覺進(jìn)化之謎
哺乳動(dòng)物聽骨的聽覺結(jié)構(gòu)是如何形成的？1月28日，《自然在線》發(fā)表了一篇關(guān)于哺乳動(dòng)物聽力和中耳進(jìn)化機(jī)制的研究。云南大學(xué)等單位的研究人員根據(jù)哺乳動(dòng)物中耳聽骨連接的新發(fā)現(xiàn)，提出砧錘關(guān)節(jié)重疊是中耳聽骨與下頜骨分離的關(guān)鍵步驟，它解決了哺乳動(dòng)物中耳和聽力進(jìn)化研究中長期存在的問題。
哺乳動(dòng)物的中耳有三個(gè)小骨：鐙骨、砧骨和錘骨。小骨是現(xiàn)存哺乳動(dòng)物骨骼系統(tǒng)中最小的骨骼，形成一條聽覺鏈，將聲波從鼓膜傳輸?shù)絻?nèi)耳，提高聲波的頻率。與哺乳動(dòng)物不同的是，爬行動(dòng)物的中耳只有一個(gè)鐙骨，下頜骨的關(guān)節(jié)骨和顱骨的方骨形成一個(gè)下頜關(guān)節(jié)，連接下頜骨和顱骨，具有咀嚼和聽力的雙重功能。
在爬行動(dòng)物向哺乳動(dòng)物進(jìn)化的過程中，方骨和關(guān)節(jié)骨逐漸演化為砧骨和錘骨，形成了哺乳動(dòng)物敏銳的聽覺結(jié)構(gòu)。然而，“近兩百年來，爬行動(dòng)物的方骨和關(guān)節(jié)骨是如何從下頜骨分離出來，演化成精細(xì)復(fù)雜的哺乳動(dòng)物聽骨，一直被認(rèn)為是生物進(jìn)化研究的中心問題?！?/p>
根據(jù)傳統(tǒng)的中耳進(jìn)化模型，哺乳動(dòng)物祖先的下頜骨通過Macintosh軟骨和關(guān)節(jié)骨與顱骨相連。在哺乳動(dòng)物的進(jìn)化過程中，大腦的擴(kuò)大導(dǎo)致中耳向后移動(dòng)，最后與下頜骨分離。近年來，一些研究提出了“運(yùn)動(dòng)功能驅(qū)動(dòng)理論”，認(rèn)為咀嚼過程中下頜骨的向后運(yùn)動(dòng)是中耳與下頜骨逐漸分離并最終進(jìn)入顱骨的主要原因。然而，通過麥克萊雅軟骨和關(guān)節(jié)骨與顱骨相連的下頜骨不能向后移動(dòng)，鴨嘴獸等哺乳動(dòng)物基底支的下頜骨在咀嚼過程中也不會(huì)向后移動(dòng)，這與運(yùn)動(dòng)功能驅(qū)動(dòng)理論相悖。
本文研究的標(biāo)本來自距今約1.6億年前的河北省青龍縣中、晚侏羅世燕遼生物群。它們屬于雙柏翔齒類動(dòng)物，有滑翔翼膜，是賊。完整的聽骨和關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)很少在標(biāo)本兩側(cè)原位保存，其中砧骨只有約1mm長。
通過對食人魚小骨的精細(xì)形態(tài)和關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)的研究，發(fā)現(xiàn)食人魚的小骨與下頜骨明顯分離，與macleaya軟骨不相連，屬于典型的哺乳動(dòng)物中耳。砧骨和錘骨這兩個(gè)小骨與鴨嘴獸的小骨相似。正是這種重疊的連接方式，使得砧骨和錘骨之間能夠進(jìn)行微小的運(yùn)動(dòng)，從而為下頜骨相對于顱骨的運(yùn)動(dòng)提供空間，最終促進(jìn)聽骨和下頜骨的完全分離。
“我們發(fā)現(xiàn)了砧錘重疊理論，解決了下頜運(yùn)動(dòng)機(jī)制的問題?！碑呿槚|說，這將使我們更好地了解哺乳動(dòng)物獨(dú)特聽覺器官的進(jìn)化。哺乳動(dòng)物中耳的進(jìn)化包含著復(fù)雜的細(xì)節(jié)，是砧骨和錘骨擴(kuò)張、適應(yīng)和再作用的最好例子。
