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1.6億年前賊獸類化石破解哺乳動物聽覺演化謎題

2021-01-29 14:47      來源:科技日報   VIEW:



哺乳動物聽小骨「三骨鼎立」的聽覺結構是怎麼形成的?1月28日,《自然》線上發表了一項哺乳動物聽覺和中耳演化機制的研究成果。基於對哺乳動物中耳聽小骨連接關係的新發現,來自雲南大學等單位的研究人員提出,疊覆型砧骨—錘骨關節是中耳聽小骨與下頜脫離的關鍵一步,解決了哺乳動物中耳和聽覺演化研究中存在已久的難題。

哺乳動物的中耳有3塊聽小骨,即鐙骨、砧骨和錘骨。聽小骨是現生哺乳動物骨骼系統中最小的骨頭,形成了從鼓膜到內耳之間傳遞聲波和增強聲波頻率的聽覺鏈。與哺乳動物不同,爬行動物的中耳只有一塊鐙骨,而牠們下頜中的關節骨和頭骨中的方骨形成頜關節,連接下頜和頭骨,具有咀嚼和聽覺的雙重功能。

爬行動物演化為哺乳動物過程中,方骨和關節骨逐漸演變成了砧骨和錘骨,才形成了我們哺乳動物現在「三骨鼎立」的敏銳聽覺結構。但是,「爬行動物的方骨和關節骨究竟是如何與下頜發生分離,從而演化成精細複雜的哺乳動物的聽小骨,則在過去兩百年裡一直被認為是生物演化研究中的中心難題。」雲南大學古生物研究院教授畢順東說。

 傳統中耳演化模型認為哺乳動物祖先的下頜通過麥氏軟骨和關節骨與頭骨相連,哺乳動物演化過程中腦顱的增大導致中耳位置後移,最終脫離下頜。近期一些研究則提出了「運動功能驅動學說」,認為多瘤齒獸咀嚼時下頜向後運動的行為才是導致中耳逐漸與下頜脫離,最終進入頭骨的主要原因。但是,通過麥氏軟骨和關節骨與頭骨相連的下頜並不能向後運動,並且鴨嘴獸等基幹哺乳動物支系在咀嚼時下頜並不向後運動,與運動功能驅動學說相矛盾。

 此次研究的標本來自河北省青龍縣距今約1.6億年的中晚侏羅世的燕遼生物群,歸屬於雙缽翔齒獸,具有滑翔的翼膜,是賊獸的一種。標本的兩側非常罕見地原位保存了完整的聽小骨和關節結構, 其中砧骨僅長約1毫米。

通過對聽骨細微形態和關節結構的研究發現,賊獸類的聽小骨明顯已與下頜分離,沒有麥氏軟骨相連,屬於典型的哺乳動物中耳。兩塊聽小骨,砧骨、錘骨與現生鴨嘴獸類一樣,為上下疊覆關係。正是這種疊覆型的連接方式,允許砧骨、錘骨之間發生微小運動,從而為下頜相對於頭骨的運動提供了空間,才最終促成了聽小骨與下頜的完全分離。

「我們研究發現了砧骨—錘骨疊覆關係理論,從而解決了下頜運動機制的難題。」畢順東說,使我們更清楚地理解哺乳動物獨特聽覺器官的演化過程。哺乳動物中耳的演化蘊含了複雜的細節過程,是砧骨和錘骨擴展適應和再作用的最佳範例。

 

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