翔齒獸(shou) 的頭骨和中耳

翔齒獸(shou) 複原圖

1月28日，《自然》雜誌在線刊發內(nei) 蒙古自然博物館和雲(yun) 南大學等單位合作成果。此項研究基於(yu) 對哺乳動物中耳聽小骨連接關(guan) 係的新發現，提出疊覆型砧骨-錘骨關(guan) 節是中耳聽小骨與(yu) 下頜脫離的關(guan) 鍵一步，解決(jue) 了哺乳動物中耳和聽覺演化研究中存在已久的難題。

“此項研究經曆了3年時間，綜合了化石和現生生物個(ge) 體(ti) 發育證據，有助於(yu) 更清楚理解哺乳動物獨特聽覺器官的演化過程。哺乳動物中耳的演化蘊含了複雜的細節過程，是已有結構（砧骨、錘骨）擴展適應和再作用的最佳範例。”論文通訊作者之一、雲(yun) 南大學教授畢順東(dong) 告訴《中國科學報》。

該研究發現了砧骨-錘骨疊覆關(guan) 係理論，從(cong) 而解決(jue) 了下頜運動機製的難題。此次的研究標本來自於(yu) 河北省青龍縣中晚侏羅世的燕遼生物群（距今約1.6億(yi) 年），歸屬於(yu) 雙缽翔齒獸(shou) ，具有滑翔的翼膜，是賊獸(shou) 的一種。

“標本的兩(liang) 側(ce) 原位保存了完整的聽小骨和關(guan) 節結構， 其中砧骨僅(jin) 長約1 毫米，非常罕見。”論文第一作者、內(nei) 蒙古自然博物館王軍(jun) 有說。

中耳包含的三塊聽小骨——鐙骨、砧骨和錘骨，是包括人類在內(nei) 的現生哺乳動物骨骼係統中最小的骨頭，形成了從(cong) 鼓膜到內(nei) 耳之間傳(chuan) 遞聲波和增強聲波頻率的聽覺鏈。與(yu) 之相比，爬行動物的中耳隻有一塊鐙骨，而它們(men) 下頜中的關(guan) 節骨和頭骨中的方骨形成頜關(guan) 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(wei) 哺乳動物過程中，方骨和關(guan) 節骨逐漸演變成了砧骨和錘骨，形成了哺乳動物現在“三骨鼎立”的敏銳聽覺結構。但是，爬行動物的方骨和關(guan) 節骨究竟是如何與(yu) 下頜發生分離，從(cong) 而演化成精細複雜的哺乳動物的聽小骨，在過去兩(liang) 百年裏一直被認為(wei) 是生物演化研究中的中心難題。

傳(chuan) 統中耳演化模型認為(wei) 哺乳動物祖先的下頜通過麥氏軟骨和關(guan) 節骨與(yu) 頭骨相連，哺乳動物演化過程中腦顱的增大導致中耳位置後移，最終脫離下頜。近期一些研究則提出了“運動功能驅動學說”，認為(wei) 多瘤齒獸(shou) 咀嚼時下頜向後運動的行為(wei) 才是導致中耳逐漸與(yu) 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(guan) 節骨與(yu) 頭骨相連的下頜並不能向後運動，並且鴨嘴獸(shou) 等基幹哺乳動物支係在咀嚼時下頜並不向後運動，與(yu) 運動功能驅動學說相矛盾。

通過對聽骨細微形態和關(guan) 節結構的研究發現，賊獸(shou) 類的聽小骨明顯已與(yu) 下頜分離，沒有麥氏軟骨相連，屬於(yu) 典型的哺乳動物中耳。兩(liang) 塊聽小骨，砧骨、錘骨與(yu) 現生鴨嘴獸(shou) 類一樣，為(wei) 上下疊覆關(guan) 係。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(cong) 而為(wei) 下頜相對於(yu) 頭骨的運動提供了空間，才最終促成了聽小骨與(yu) 下頜的完全分離。

這種聽小骨上下疊覆的連接方式，首先出現於(yu) 中生代哺乳動物各個(ge) 支係的早期成員，在現生鴨嘴獸(shou) （單孔類）、有胎盤類和有袋類的個(ge) 體(ti) 發育早期階段也可見及，是中耳聽小骨從(cong) 具有咀嚼和聽覺雙重功能過渡到單一聽覺功能的關(guan) 鍵一環。

這種疊覆型的連接，在白堊紀的真三尖齒獸(shou) ，多瘤齒獸(shou) 和對齒獸(shou) 類群中更進一步，砧骨相對於(yu) 錘骨位置後移形成部分疊覆。之後的漫長歲月裏，這兩(liang) 塊小骨與(yu) 下頜完全分離，並不斷縮小進入中耳且專(zhuan) 職聽力，成為(wei) 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(jue) 定了中耳的演化。

相關(guan) 論文信息：https://doi.org/10.1038/s41586-020-03137-z



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