“聽”和“嚼”曾是一家，1.24億年前分手

邱晨輝

圖片來源：中國科學(xué)院古脊椎動物與古人類研究所官網(wǎng)

很久以前，負責(zé)“聽覺”和“咀嚼”的器官是一體的。來自中國科學(xué)院古脊椎動物與古人類研究所的毛方園、王元青與美國自然歷史博物館孟津等學(xué)者合作，基于1.24億年前的李氏源掠獸化石發(fā)現(xiàn)：曾經(jīng)一體化的聽覺和咀嚼器官，為了適應(yīng)自然選擇，提高聽覺和咀嚼的效率，兩個模塊逐漸分離。

日前，國際學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》發(fā)表了這一成果的論文。

據(jù)該成果論文第一作者、副研究員毛方園介紹，模塊演化是演化生物學(xué)和發(fā)育生物學(xué)相結(jié)合的一個概念。生物體可在不同層次上分解為小的形態(tài)、發(fā)育成功能單元，它們在發(fā)育和基因調(diào)控上相對獨立，在演化中具有不同變異速率，能夠在不影響其他模塊形態(tài)功能的情況下，獨立地接受自然選擇的作用。基于早白堊熱河生物群陸家屯層中三維立體保存的6件標本，研究人員利用顯微斷層掃描和三維立體重建等方法，建立了一個對齒獸的新屬種：李氏源掠獸。研究表明，李氏源掠獸在咬合咀嚼過程中，下頜除了開合運動，也具有橫向移動和沿長軸方向的轉(zhuǎn)動。這種下頜咀嚼時的多向運動過程，很可能是導(dǎo)致獸類中耳聽骨與齒骨、麥氏軟骨脫離的選擇壓力之一。

毛方園說，近20年我國遼西地區(qū)發(fā)現(xiàn)的中生代哺乳動物中，爬獸等的骨化麥氏軟骨、遼尖齒獸等的聽骨，提供了從下頜中耳到典型哺乳動物中耳之間演化過渡模式的證據(jù)。然而，在過渡型中耳中，聽骨雖然脫離了齒骨，但仍與骨化的麥氏軟骨緊密咬合，后者與齒骨相連;因此，聽覺和咀嚼的功能尚未完全分開，相互還有影響。如今這個李氏源掠獸多件化石標本的出現(xiàn)，首次展示出一個關(guān)鍵特征，即聽骨與麥氏軟骨之間無骨質(zhì)連接，代表了哺乳動物演化中聽覺與咀嚼模塊分離的關(guān)鍵節(jié)點。

毛方園介紹，一系列完整、連續(xù)的化石證據(jù)還表明，分離的聽覺和咀嚼模塊，增強了它們“各司其職”的演化能力，聽覺器官具備向高靈敏度高頻聽力發(fā)展的潛力，咀嚼器官也獲得牙齒和咬合方式多樣性演化以攝取不同食物的可能性，從而導(dǎo)致現(xiàn)生哺乳動物的繁盛。值得一提的是，作為聽覺器官的重要部分，中耳接收信號，內(nèi)耳向大腦傳遞信號，如今這塊李氏源掠獸化石研究還發(fā)現(xiàn)，與中耳聽骨緊密相關(guān)的內(nèi)耳，其耳蝸管以直線方式向顱基部延長，但已到達極限，代表著哺乳動物耳蝸用不同方式增長，以提高聽力的一個演化“試錯實驗”。

“李氏源掠獸化石的多項研究成果，都為發(fā)育生物學(xué)研究提供了更多參考證據(jù)。”毛方園說，獸類今天在地球生態(tài)系統(tǒng)中的成功，和它們祖先的各種成功、失敗演化實驗分不開。而聽覺和咀嚼模塊的分離，就是這種演化成功的一個例子。

◎ 來源|中國青年報