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【中国青年报】一件化石揭开1.6亿年前的秘密:吃真能促进听力?

2019-12-09 中国青年报 邱晨辉
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  很少有人会注意到自己的中耳——除非它发了炎。但就是这个藏在耳朵里的“小家伙”,不管是对于人,还是对于其他哺乳动物的听力都至关重要。也因此它的演化机制,成为古生物学家过去多年一大研究热点。

  如今,中国科学院古脊椎动物与古人类研究所助理研究员王海冰、研究员王元青和美国自然历史博物馆研究员孟津合作,提出了一种新的哺乳动物中耳演化模式:特殊的颌关节及其取食方式,或能加速中耳的演化,简单来说就是“吃在一定程度上能够促进听力”。

  这一切,还要从一件“标本体长约15厘米”的化石说起。

  这件化石发现于辽宁凌源敞子沟下白垩统九佛堂组,与一件北票鲟化石保存在同一个岩板上,距今约1.2亿年。

  王海冰是该研究团队中最年轻的科研人员,也是成果论文的第一作者,据他介绍,经过长时间室内精心修理,数据处理和对比研究,研究团队确定该化石代表了多瘤齿兽类始俊兽科的新物种,将其命名为“盖氏热河俊兽”——这也是科学家首次发现产自九佛堂组的多瘤齿兽类化石。

  “这件标本最有意思的部分,就是它的头骨保存了非常完整的中耳结构。”王海冰说。

  哺乳动物的中耳演化被认为是生物重演律的经典案例,因此科学家对它的出现“十分敏感”。王海冰说,哺乳动物中耳经历了从下颌中耳,过渡型中耳,到典型哺乳动物中耳的3个演化阶段。然而,不同中耳演化阶段在各哺乳动物支系中发生的时间和机制,却始终是研究的难点。

  在此之前,“脑颅膨胀”和“负向异速生长”,是哺乳动物中耳的演化机制两种比较常见的假说,前者认为,哺乳动物生长过程中脑颅的增大,导致中耳位置后移,最终脱离下颌;后者则强调,在胚胎发育早期,中耳骨骼形态相对于下颌较大,中耳骨化的时间更早,因此在胚胎发育后期,随着头骨、下颌的增大,中耳骨骼最终脱离下颌。

  不过,随着化石研究和现生动物胚胎发育学的进展,这两种假说获得的支持,都在不断减弱。

  直到如今这件“盖氏”化石的出现,科学家才看到新的曙光。

  “盖氏热河俊兽的正型标本,保存了完整的中耳结构,为研究早期哺乳动物耳区演化提供了直接证据。”王海冰说。

  具体来看,这项工作揭示了多瘤齿兽类中耳各个骨块的完整形态,以及相互间的接触关系,对探讨哺乳动物的齿骨后骨,从下颌中耳到典型哺乳动物中耳这一演化事件补充了“极具分量的拼图”。

  基于这项研究,包括王海冰在内的研究人员,对于上隅骨在哺乳动物中的演化有了更清晰的认识。此次研究首次揭示了上隅骨在早期哺乳动物中,从一块独立的骨骼,变为逐渐与锤骨体愈合的状态,成为锤骨的后外侧部分。

  与此同时,研究人员还通过形态学证据和系统发育分析结果,提出了早期哺乳动物中耳演化的一个新模式——

  在中生代哺乳动物中,异兽类至少在大约1.6亿年前的中/晚侏罗世,就已经演化出典型哺乳动物中耳;而在同一时期,甚至更晚的早白垩世,其他已知的所有哺乳动物类群,都还保留了过渡型中耳。

  异兽类,为何能够成为造物者的宠儿,早早地就“演化升级”呢?

  王海冰寻找到的解释是:盖氏热河俊兽属于异兽类,在异兽类中,头骨和下颌关节是比较开放的模式,这种结构允许其下颌有较大的前后向的活动幅度,致使其取食方式非常独特,很有可能对中耳演化提供了非常强大的选择压力,导致异兽类中耳演化加速。

  “这也理解为是‘吃促进了听力’。”王海冰说。

  当然,异兽类也存在一个过渡型中耳的演化阶段,但按照王海冰的说法,这一阶段在异兽类中持续的时间,要比其他所有哺乳动物类群短,这很可能也是因为其独特的下颌关节和取食方式,让它们在至少1.6亿年前就获得了典型哺乳动物中耳的形态,早于其他所有的哺乳动物类群。

  这一成果已于近日在国际知名学术期刊《自然》(Nature)在线发表。其中记录着王元青、王海冰团队基于系统发育分析结果,对哺乳动物中耳演化机制的具体论述,而这,从论文发表之日起,也将成为一个新的假说。

  (原载于《中国青年报》 2019-12-09 08版)

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