這是一個(gè)哺乳動(dòng)物進(jìn)化出靈敏聽(tīng)覺(jué)和高效咀嚼的故事。

近日，《科學(xué)》雜志在線發(fā)表了一項(xiàng)關(guān)于1.24億年前基干獸類李氏源掠獸的聽(tīng)覺(jué)和咀嚼器官演化的研究成果。來(lái)自中國(guó)科學(xué)院古脊椎動(dòng)物與古人類研究所等單位的研究人員發(fā)現(xiàn)，曾經(jīng)一體化的聽(tīng)覺(jué)和咀嚼器官，為了適應(yīng)自然選擇，提高聽(tīng)覺(jué)和咀嚼的效率，兩個(gè)模塊逐漸分離。新發(fā)現(xiàn)的李氏源掠獸化石完好地展現(xiàn)了兩個(gè)模塊在基干獸類中演化分離節(jié)點(diǎn)的表型特征;分離的聽(tīng)覺(jué)和咀嚼器官，使得哺乳動(dòng)物的聽(tīng)覺(jué)更加靈敏、咀嚼更加高效。

大量研究表明聽(tīng)骨和齒后骨具有同源關(guān)系

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(gè)概念。生物體可在不同層次上分解為小的形態(tài)、發(fā)育或功能單元;它們?cè)诎l(fā)育和基因調(diào)控上相對(duì)獨(dú)立，在演化中可具不同變異速率，并且能夠在不影響其他模塊形態(tài)功能的情況下，獨(dú)立地接受自然選擇的作用。比如，脊椎動(dòng)物的前肢就是一個(gè)同源模塊演化的例子，可以進(jìn)化成翅膀、鰭或人類的手，但并不影響其他部分，如后肢的形態(tài)及功能。

哺乳動(dòng)物下頜和聽(tīng)骨是一個(gè)特別的模塊演化例子。它的獨(dú)特性在于，該演化兼具同源模塊的多樣化和功能特異化等特性，且從一個(gè)復(fù)合形態(tài)功能一體化的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，逐步演化成兩個(gè)形態(tài)和功能完全獨(dú)立的器官模塊。

事實(shí)上，形態(tài)解剖學(xué)、發(fā)育生物學(xué)、遺傳學(xué)的大量研究已經(jīng)表明，哺乳動(dòng)物的聽(tīng)骨和爬行動(dòng)物的齒骨后骨具有同源關(guān)系。近年來(lái)的研究，更進(jìn)一步表明，這些骨骼在各個(gè)類群的早期發(fā)育過(guò)程中，受到相同基因機(jī)制的調(diào)控;這些機(jī)制，甚至可以追溯到魚(yú)類下頜的發(fā)育。

為中耳演化過(guò)渡模式提供證據(jù)

研究人員基于早白堊熱河生物群(陸家屯層)中三維立體保存的六件標(biāo)本，利用顯微斷層掃描(CT)和三維立體重建等方法，建立了一個(gè)對(duì)齒獸的新屬種：李氏源掠獸。“取這個(gè)名字，是為了紀(jì)念文章的作者之一，于今年10月逝世的中國(guó)早期哺乳動(dòng)物研究奠基人之一李傳夔研究員。”論文第一作者、中國(guó)科學(xué)院古脊椎動(dòng)物與古人類研究所博士毛方園說(shuō)道。

研究表明，李氏源掠獸在咬合咀嚼過(guò)程中，下頜除了開(kāi)合運(yùn)動(dòng)，也具有橫向移動(dòng)和沿長(zhǎng)軸方向的轉(zhuǎn)動(dòng)。這種下頜咀嚼時(shí)的多向運(yùn)動(dòng)過(guò)程，很可能是導(dǎo)致獸類中耳聽(tīng)骨與齒骨、麥?zhǔn)宪浌敲撾x的選擇壓力之一。

近20年中國(guó)遼西地區(qū)發(fā)現(xiàn)的中生代哺乳動(dòng)物中，爬獸等的骨化麥?zhǔn)宪浌恰⑦|尖齒獸等的聽(tīng)骨，提供了從下頜中耳到典型哺乳動(dòng)物中耳之間演化過(guò)渡模式的證據(jù)。

然而，在過(guò)渡型中耳中，聽(tīng)骨雖然脫離了齒骨，但仍與骨化的麥?zhǔn)宪浌蔷o密絞合，后者與齒骨相連;因此，聽(tīng)覺(jué)和咀嚼的功能尚未完全分開(kāi)，相互還有影響。

首次展示聽(tīng)覺(jué)與咀嚼模塊分離的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)

“但是，李氏源掠獸的多件標(biāo)本首次展示一個(gè)關(guān)鍵特征，即聽(tīng)骨與麥?zhǔn)宪浌侵g無(wú)骨質(zhì)連接，這意味著聽(tīng)覺(jué)與咀嚼器官完全分離，代表了哺乳動(dòng)物演化中聽(tīng)覺(jué)與咀嚼模塊分離的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)。”毛方園說(shuō)，這一發(fā)現(xiàn)彌合了過(guò)渡型中耳和典型哺乳動(dòng)物中耳在演化過(guò)程中表型特征的空缺，在系統(tǒng)發(fā)育和特征演化上，代表了基干獸類中更為進(jìn)步的一個(gè)演化階段。

從形態(tài)功能上看，分離的聽(tīng)覺(jué)和咀嚼模塊，消除了兩者之間互相干擾的物理制約因素，增加了兩個(gè)模塊演化和多向適應(yīng)的可能性;聽(tīng)覺(jué)器官具備了向高靈敏度高頻聽(tīng)力發(fā)展的潛力，咀嚼器官也獲得了牙齒和咬合方式多樣性演化以攝取不同食物的可能性。

毛方園表示，現(xiàn)生哺乳動(dòng)物大約有6500種，其中僅有5種是產(chǎn)卵的單孔類，比如鴨嘴獸，分布于澳洲;其它哺乳動(dòng)物屬于獸類，包括有袋類379種，比如澳洲袋鼠，以及6111種有胎盤(pán)類哺乳動(dòng)物，包括我們?nèi)祟?。因此，哺乳?dòng)物的多樣性，基本上就是在說(shuō)獸類。獸類今天在地球生態(tài)系統(tǒng)中的成功，和它們祖先的各種演化實(shí)驗(yàn)分不開(kāi)。而聽(tīng)覺(jué)和咀嚼模塊的分離，應(yīng)該是基干獸類演化成功部分的一個(gè)例子。

關(guān)鍵詞： 1 24億年前 分手 哺乳動(dòng)物