中科院学者发现哺乳动物听觉和咀嚼器官分离确切证据

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  中新网北京12月6日电 (记者 孙自法)哺乳动物祖先中曾经一体化的听觉和咀嚼结构是如何实现分离并向“各司其职”演化?学界此前对这一关键节点的猜测,已获中国科学院古脊椎动物与古人类研究所(中科院古脊椎所)研究团队最新研究发现的确切化石证据支持。

  中科院古脊椎所毛方园、王元青与美国自然历史博物馆孟津等学者合作,通过对采自辽宁热河生物群早白垩世(距今约1.24亿年)基干兽类的李氏源掠兽化石的研究发现,李氏源掠兽完好展现出听觉和咀嚼两个模块在基干兽类中的演化分离特征——听骨与麦氏软骨之间无骨质链接,代表了哺乳动物演化中听觉与咀嚼模块分离的关键节点。

毛方园展示介绍李氏源掠兽中耳、内耳、麦氏软骨的形态和解剖学位置。 孙自法 摄

  这一古生物演化领域重要科研成果论文,北京时间12月6日凌晨已由国际权威学术期刊《科学》杂志在线发表。

  成果论文第一作者、中科院古脊椎所副研究员毛方园介绍说,三支躲过白垩纪末绝灭事件(距今6600万年)的哺乳动物包括多瘤齿兽类、单孔类和兽类,其中,多瘤齿兽类在约3500万年前与兽类PK时被灭绝,现生单孔类只有5种,均生活于澳洲,其他包括人在内的近6500种现生哺乳动物均为兽类支系,而李氏源掠兽所属的对齿兽类则是兽类的祖先类群。

  研究团队利用显微断层扫描(CT)和三维立体重建等方法发现,李氏源掠兽在咬合咀嚼过程中,下颌除开合运动,也具有横向移动和沿长轴方向转动,此多向运动过程,很可能是导致兽类中耳听骨与齿骨、麦氏软骨脱离的选择压力之一。

毛方园展示介绍赵闯绘制的李氏源掠兽生态环境复原图。 孙自法 摄

  毛方园称,李氏源掠兽多件化石标本首次展示出一个关键特征,即听骨与麦氏软骨之间无骨质链接,代表了哺乳动物演化中听觉与咀嚼模块分离的关键节点。一系列完整、连续的化石证据还表明,分离的听觉和咀嚼模块,增强了它们的“各司其职”演化能力,听觉器官具备向高灵敏度高频听力发展的潜力,咀嚼器官也获得牙齿和咬合方式多样性演化以摄取不同食物的可能性,从而导致现生兽类哺乳动物的繁盛。

  她说,得益于高精度CT扫描的结果,李氏源掠兽化石研究还揭示,基干兽类哺乳动物在早期(至少1.2亿年前)有5块中耳听小骨,长度仅5毫米,并首次获得5块听小骨的具体三维形态。如今,哺乳动物只有3块中耳听小骨,另两块听小骨其一演化为附着听膜的外鼓骨,另一块已在演化过程中丢失或融合到听骨链关节上。新的研究成果,为哺乳动物听骨演化提供了可信的化石依据。

  同时,作为听觉器官的重要部分,中耳接收信号,内耳向大脑传递信号,李氏源掠兽化石研究还发现,与中耳听骨紧密相关的内耳,其耳蜗管以直线方式向颅基部延长,但已到达极限,代表着哺乳动物耳蜗用不同方式增长以提高听力的一个演化“试错实验”,一定程度上支持了兽类(包括人类)的旋转耳蜗,是一种在有限空间中容纳伸长耳蜗管更可行的演化方向。

  “李氏源掠兽化石的多项研究成果,都为发育生物学研究提供了更多参考证据。”毛方园说。(完)

【编辑:苑菁菁】

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