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北京1月28日電 (記者 孫自法)聽覺是如何形成的?中耳演化對聽覺有什么重要意義?包括人類在內的哺乳動物聽覺的形成和演化機制研究一直備受關注。

  通過對1.6億年前燕遼生物群一件雙缽翔齒獸化石標本的深入研究,并結合現生生物個體發育證據,內蒙古自然博物館和云南大學等單位科研人員基于對哺乳動物中耳聽小骨連接關系的新發現,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。

哺乳動物砧骨-錘骨關節演化關系圖。(畢順東 供圖) 供圖 攝
哺乳動物砧骨-錘骨關節演化關系圖。(畢順東 供圖) 供圖 攝

  這一哺乳動物重要演化成果論文,北京時間28日由國際知名學術期刊《自然》以《鴨嘴獸型中耳揭示哺乳動物聽覺和中耳演化機制》為題在線發表。

  哺乳動物“三骨鼎立”聽覺結構如何形成

  論文通訊作者、云南大學畢順東教授當天通過網絡接受采訪介紹說,中耳包含的三塊聽小骨——鐙骨、砧骨和錘骨,是包括人類在內的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。與之相比,爬行動物的中耳只有一塊鐙骨,而它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,從而演化成精細復雜的哺乳動物的聽小骨,則在過去兩百年里一直被認為是生物演化研究中的中心難題。

翔齒獸的頭骨和中耳。(畢順東 供圖) 供圖 攝
翔齒獸的頭骨和中耳。(畢順東 供圖) 供圖 攝

  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后移,最終脫離下頜。近期一些研究則提出“運動功能驅動學說”letou樂投體育競猜app_博亞體育競彩app,認為多瘤齒獸咀嚼時下頜向后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并不能向后運動,并且鴨嘴獸等基干哺乳動物支系在咀嚼時下頜并不向后運動,與運動功能驅動學說相矛盾。

  砧骨-錘骨疊覆關系解決下頜運動機制難題

  畢順東指出,合作團隊最新研究發現砧骨-錘骨疊覆關系理論,從而解決了下頜運動機制的難題。此次的研究標本來自于河北省青龍縣距今約1.6億年的中晚侏羅世燕遼生物群,歸屬于雙缽翔齒獸,具有滑翔的翼膜,是賊獸的一種。該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,屬于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,為上下疊覆關系。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,從而為下頜相對于頭骨的運動提供了空間,才最終促成聽小骨與下頜的完全分離。

翔齒獸的復原圖。(畢順東 供圖) 供圖 攝
翔齒獸的復原圖。(畢順東 供圖) 供圖 攝

  研究團隊認為,這種聽小骨上下疊覆的連接方式,首先出現于中生代哺乳動物各個支系的早期成員letou樂投體育競猜app_博亞體育競彩appletou樂投體育競猜app_博亞體育競彩app,在現生鴨嘴獸(單孔類)、有胎盤類和有袋類的個體發育早期階段也可見及,是中耳聽小骨從具有咀嚼和聽覺雙重功能過渡到單一聽覺功能的關鍵一環。這種疊覆型的連接,在白堊紀的真三尖齒獸,多瘤齒獸和對齒獸類群中更進一步,砧骨相對于錘骨位置后移形成部分疊覆。之后的漫長歲月里,這兩塊小骨與下頜完全分離,并不斷縮小進入中耳且專職聽力,成為真正的哺乳動物聽小骨。由此可見,是自然選擇,而不是下頜咀嚼功能決定了中耳的演化。

  畢順東表示,最新發表的這項研究綜合了化石和現生生物個體發育證據,使學界更清楚地理解哺乳動物獨特聽覺器官的演化過程?!安溉閯游镏卸难莼N含了復雜的細節過程,是已有結構(砧骨、錘骨)擴展適應和再作用的最佳范例”。(完)

【編輯:李玉素】

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