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2021年02月02日 星期二
1.6亿年前化石揭开哺乳动物中耳演化秘密


翔齿兽的复原图 Sarah Shelley 绘制

    我国古生物学家通过研究1.6亿年前的化石,揭开了哺乳动物听觉器官的演化之谜,证实了与恐龙同时代的贼兽已具备哺乳动物中耳结构。

    1月28日,云南大学毕顺东团队和内蒙古自然博物馆等单位合作,提出叠覆型砧骨-锤骨关节是中耳听小骨与下颌脱离的关键一步这一理论,解决了哺乳动物中耳和听觉演化研究中存在已久的难题。

    中耳包含的三块听小骨——镫骨、砧骨和锤骨,是包括人类在内的现生哺乳动物骨骼系统中最小的骨头,形成了从鼓膜到内耳的听觉链。与之相比,爬行动物的中耳只有一块镫骨,它们下颌中的关节骨和头骨中的方骨形成颌关节,连接下颌和头骨,具有咀嚼和听觉双重功能。爬行动物演化为哺乳动物过程中,方骨和关节骨逐渐演变成砧骨和锤骨,才形成了“三骨鼎立”的敏锐听觉结构。但是,爬行动物的方骨和关节骨究竟是如何与下颌发生分离,从而演化成听小骨呢?

    云南大学和内蒙古自然博物馆等单位合作,对来自河北省青龙县中晚侏罗世的燕辽生物群的一个标本进行研究。这个标本归属于双钵翔齿兽,具有滑翔的翼膜,是贼兽的一种。标本的两侧非常罕见地原位保存了完整的听小骨和关节结构。通过对听骨细微形态和关节结构的研究发现,贼兽类的听小骨明显已与下颌分离,没有麦氏软骨相连,属于典型的哺乳动物中耳。两块听小骨,砧骨、锤骨与现生鸭嘴兽类相同,为上下叠覆的连接方式。这种连接方式,允许砧骨、锤骨之间发生微小运动,从而为下颌相对于头骨的运动提供了空间,最终促成了听小骨与下颌的完全分离。

    这种连接方式首先在中生代哺乳动物各个支系的早期成员中体现,在现生鸭嘴兽(单孔类)、有胎盘类和有袋类的个体发育早期阶段也可见及,是中耳听小骨从具有咀嚼和听觉双重功能过渡到单一听觉功能的关键。在白垩纪的真三尖齿兽、多瘤齿兽和对齿兽类群中有了更进一步的体现——砧骨相对于锤骨位置后移形成部分叠覆。之后的漫长岁月里,这两块小骨与下颌完全分离,不断缩小进入中耳且专职听力,成为听小骨。由此可见,中耳的演化是自然选择,不由下颌咀嚼功能决定。

    《自然》杂志评论该研究成果:“这是哺乳动物演化的经典童话。”

    本版稿件均由

    本报记者 杨质高 实习生 张芳 聂亚 刘圆莉 采写

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