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科學家揭示哺乳動物中耳演化奧秘

原標題:科學家揭示哺乳動物中耳演化奧秘

科學家揭示哺乳動物中耳演化奧秘

邱晨輝

    潘氏中華俊獸複原圖。許勇/繪    潘氏中華俊獸複原圖。許勇/繪

    哺乳動物中耳的演化,是一個從達爾文時代就被廣泛探討的問題,也是脊椎動物漸進演化的經典案例。然而,受限於中耳化石保存極少,其演化過程和機制存在較大爭議。

    中國科學院古脊椎動物與古人類研究所毛方園、美國自然歷史博物館孟津等科研人員,通過對我國熱河生物群化石中新發現的潘氏中華俊獸保存完好聽骨的合作研究表明,哺乳動物中耳演化是一個漸進過程,其路徑與生物發育過程具有某種程度的一致性。

    這一重要科研成果的論文,已於近日由學術期刊《國家科學評論》在線發表。

    據論文通訊作者兼第一作者、中國科學院古脊椎動物與古人類研究所副研究員毛方園介紹,爬行類動物的原始頜關節,由下頜關節骨與頭骨上的方骨構成,中耳只有一塊聽骨;而哺乳動物的中耳,則由錘骨、砧骨、鐙骨形成聽骨鏈,外鼓骨支撐鼓膜收集聲音,下頜由一塊齒骨構成,形成齒骨-鱗骨頜關節。

    此前大量研究證明,哺乳動物的聽骨和爬行動物的齒骨后骨和方骨具有同源關係。古生物學也早已提出中耳漸進演化假說,即從爬行類向典型哺乳動物中耳的演化過程中,齒骨后骨逐步縮小,並與齒骨分離,最終移入顱基部,成為專門用來聽覺功能的結構。

    毛方園說,纖細的聽骨很難保存為化石,近200年來發現的中生代哺乳動物中耳化石極少,其形態細節和關節方式一直不清楚,對其演化過程和機制的解釋,也存在極大的人為性,各種推論、假說存在較大爭議。

    如今,毛方園所在的合作團隊,對采自遼寧朝陽的多瘤齒獸——潘氏中華俊獸保存完好的聽骨化石,進行高精度CT掃描重建,首次揭示出多瘤齒獸5塊聽骨確切的三維形態和接觸關係:中華俊獸有典型哺乳動物中耳,聽骨與齒骨已完全脫離並進入顱基部。

    研究團隊還對遼尖齒獸、源掠獸,以及現生哺乳動物中形態較為原始的單孔類針鼴、有袋類負鼠和真獸類刺蝟的中耳進行高精度CT掃描和重建,並進行系統的對比研究。

    結果發現,遼尖齒獸、源掠獸、中華俊獸這3種中生代哺乳動物體現出中耳演化3個不同的漸進階段,作為祖先表型的不同形態,填補了似哺乳的下頜中耳與典型哺乳動物中耳之間的形態空缺。

    「這些祖先表型體現的演化程度差別,與現生哺乳動物中耳個體發育過程可以對應。」毛方園說,從更細微的結構上,錘骨的一些進步特徵如錘骨柄、基、頸等的出現,其演化順序也與個體發育過程一致。這些研究結果,也都支持哺乳動物中耳演化與發育具有一定程度相關性的觀點。

    毛方園告訴記者,在這3種化石門類中,雖然聽骨與齒骨的連接關係演化發育階段不同,但錘骨-砧骨的頜關節,均為一種保守的過渡關節模式,體現出滯后的異時發育現象,也代表了哺乳動物中耳祖先表型的一個共性。

    毛方園透露,除完好的聽骨,潘氏中華俊獸化石還保存了迄今最完整的中生代哺乳動物舌骨懸器。合作團隊通過CT掃描重建的方式,首次以三維形態呈現該舌骨懸器:由單根的基舌骨,成對的角舌骨、莖舌骨和甲舌骨,組成類似現生哺乳動物的鞍狀舌骨結構。

    「這種靈活的關節模式表明,此階段多瘤齒獸已具有吞咽和吸吮的可能性。」毛方園說。

中青報·中青網記者 邱晨輝 來源:中國青年報

2020年09月15日 12 版