1.6亿年前,鱼龙化石解开了哺乳动物听觉进化之谜

2021-01-29 10:41   来源: 互联网    阅读次数:3997

哺乳动物听骨的听觉结构是如何形成的?1月28日,《自然在线》发表了一篇关于哺乳动物听力和中耳进化机制的研究。云南大学等单位的研究人员根据哺乳动物中耳听骨连接的新发现,提出砧锤关节重叠是中耳听骨与下颌骨分离的关键步骤,它解决了哺乳动物中耳和听力进化研究中长期存在的问题。


哺乳动物的中耳有三个小骨:镫骨、砧骨和锤骨。小骨是现存哺乳动物骨骼系统中最小的骨骼,形成一条听觉链,将声波从鼓膜传输到内耳,提高声波的频率。与哺乳动物不同的是,爬行动物的中耳只有一个镫骨,下颌骨的关节骨和颅骨的方骨形成一个下颌关节,连接下颌骨和颅骨,具有咀嚼和听力的双重功能。


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在爬行动物向哺乳动物进化的过程中,方骨和关节骨逐渐演化为砧骨和锤骨,形成了哺乳动物敏锐的听觉结构。然而,“近两百年来,爬行动物的方骨和关节骨是如何从下颌骨分离出来,演化成精细复杂的哺乳动物听骨,一直被认为是生物进化研究的中心问题。”


根据传统的中耳进化模型,哺乳动物祖先的下颌骨通过Macintosh软骨和关节骨与颅骨相连。在哺乳动物的进化过程中,大脑的扩大导致中耳向后移动,最后与下颌骨分离。近年来,一些研究提出了“运动功能驱动理论”,认为咀嚼过程中下颌骨的向后运动是中耳与下颌骨逐渐分离并最终进入颅骨的主要原因。然而,通过麦克莱雅软骨和关节骨与颅骨相连的下颌骨不能向后移动,鸭嘴兽等哺乳动物基底支的下颌骨在咀嚼过程中也不会向后移动,这与运动功能驱动理论相悖。


本文研究的标本来自距今约1.6亿年前的河北省青龙县中、晚侏罗世燕辽生物群。它们属于双柏翔齿类动物,有滑翔翼膜,是贼。完整的听骨和关节结构很少在标本两侧原位保存,其中砧骨只有约1mm长。


通过对食人鱼小骨的精细形态和关节结构的研究,发现食人鱼的小骨与下颌骨明显分离,与macleaya软骨不相连,属于典型的哺乳动物中耳。砧骨和锤骨这两个小骨与鸭嘴兽的小骨相似。正是这种重叠的连接方式,使得砧骨和锤骨之间能够进行微小的运动,从而为下颌骨相对于颅骨的运动提供空间,最终促进听骨和下颌骨的完全分离。


“我们发现了砧锤重叠理论,解决了下颌运动机制的问题。”毕顺东说,这将使我们更好地了解哺乳动物独特听觉器官的进化。哺乳动物中耳的进化包含着复杂的细节,是砧骨和锤骨扩张、适应和再作用的最好例子。

责任编辑:无量渡口
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