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科学家揭示哺乳动物中耳演化奥秘

2020/9/16 11:47:52 来源:环球网 浏览:

来源:中国青年报

哺乳动物中耳的演化,是一个从达尔文时代就被广泛探讨的问题,也是脊椎动物渐进演化的经典案例。然而,受限于中耳化石保存极少,其演化过程和机制存在较大争议。

中国科学院古脊椎动物与古人类研究所毛方园、美国自然历史博物馆孟津等科研人员,通过对我国热河生物群化石中新发现的潘氏中华俊兽保存完好听骨的合作研究表明,哺乳动物中耳演化是一个渐进过程,其路径与生物发育过程具有某种程度的一致性。

这一重要科研成果的论文,已于近日由学术期刊《国家科学评论》在线发表。

据论文通讯作者兼第一作者、中国科学院古脊椎动物与古人类研究所副研究员毛方园介绍,爬行类动物的原始颌关节,由下颌关节骨与头骨上的方骨构成,中耳只有一块听骨;而哺乳动物的中耳,则由锤骨、砧骨、镫骨形成听骨链,外鼓骨支撑鼓膜收集声音,下颌由一块齿骨构成,形成齿骨-鳞骨颌关节。

此前大量研究证明,哺乳动物的听骨和爬行动物的齿骨后骨和方骨具有同源关系。古生物学也早已提出中耳渐进演化假说,即从爬行类向典型哺乳动物中耳的演化过程中,齿骨后骨逐步缩小,并与齿骨分离,最终移入颅基部,成为专门用来听觉功能的结构。

毛方园说,纤细的听骨很难保存为化石,近200年来发现的中生代哺乳动物中耳化石极少,其形态细节和关节方式一直不清楚,对其演化过程和机制的解释,也存在极大的人为性,各种推论、假说存在较大争议。

如今,毛方园所在的合作团队,对采自辽宁朝阳的多瘤齿兽——潘氏中华俊兽保存完好的听骨化石,进行高精度CT扫描重建,首次揭示出多瘤齿兽5块听骨确切的三维形态和接触关系:中华俊兽有典型哺乳动物中耳,听骨与齿骨已完全脱离并进入颅基部。

研究团队还对辽尖齿兽、源掠兽,以及现生哺乳动物中形态较为原始的单孔类针鼹、有袋类负鼠和真兽类刺猬的中耳进行高精度CT扫描和重建,并进行系统的对比研究。

结果发现,辽尖齿兽、源掠兽、中华俊兽这3种中生代哺乳动物体现出中耳演化3个不同的渐进阶段,作为祖先表型的不同形态,填补了似哺乳的下颌中耳与典型哺乳动物中耳之间的形态空缺。

“这些祖先表型体现的演化程度差别,与现生哺乳动物中耳个体发育过程可以对应。”毛方园说,从更细微的结构上,锤骨的一些进步特征如锤骨柄、基、颈等的出现,其演化顺序也与个体发育过程一致。这些研究结果,也都支持哺乳动物中耳演化与发育具有一定程度相关性的观点。

毛方园告诉记者,在这3种化石门类中,虽然听骨与齿骨的连接关系演化发育阶段不同,但锤骨-砧骨的颌关节,均为一种保守的过渡关节模式,体现出滞后的异时发育现象,也代表了哺乳动物中耳祖先表型的一个共性。

毛方园透露,除完好的听骨,潘氏中华俊兽化石还保存了迄今最完整的中生代哺乳动物舌骨悬器。合作团队通过CT扫描重建的方式,首次以三维形态呈现该舌骨悬器:由单根的基舌骨,成对的角舌骨、茎舌骨和甲舌骨,组成类似现生哺乳动物的鞍状舌骨结构。

“这种灵活的关节模式表明,此阶段多瘤齿兽已具有吞咽和吸吮的可能性。”毛方园说。

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