1.6亿年前,鱼龙化石解开了哺乳动物听觉进化之谜

哺乳动物三骨站立"的听觉结构是如何形成的?1月28日,"自然"杂志在线发表了一项关于哺乳动物听觉和中耳进化机制的研究结果。基于对哺乳动物中耳和听觉骨之间联系的新发现,云南大学和其他单位的研究人员提出,重叠的砧骨-锤骨关节是将中耳听骨与下颌骨分离的关键一步,这解决了哺乳动物中耳和听觉进化研究中长期站立的问题。


哺乳动物的中耳有三块小的听骨,分别是尖骨、砧骨和锤骨。听觉骨是活哺乳动物骨骼系统中最小的骨头,形成一个听觉链,传递声波并提高从鼓膜到内耳的声波频率。与哺乳动物不同,爬行动物的中耳只有一只脚骨,颌骨中的关节骨和颅骨状下颌关节中的方骨连接颌骨和颅骨,具有咀嚼和听觉的双重功能。


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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,"如何将爬行动物的方骨和关节骨与颌骨分离,从而演变成精细复杂哺乳动物的听骨骨,是近200年来生物进化研究的中心问题。"云南大学古生物学研究所教授毕顺东。


传统的中耳进化模型认为哺乳动物祖先的下巴通过Machlet软骨和关节骨与颅骨相连。在哺乳动物进化过程中,颅骨的扩大导致中耳的向后位置,并最终脱离颌骨。近年来,一些研究提出了"运动功能驱动理论",认为下颌后向运动的行为是中耳与颌骨逐渐分离和最终进入颅骨的主要原因。然而,通过McGrady软骨和关节骨与颅骨相连的颌骨不能向后移动,鸭嘴兽和其他哺乳动物基底干分支在咀嚼过程中不会向后移动,这与运动功能驱动理论相矛盾。


本研究的标本来源于河北青龙县中、晚侏罗世燕辽生物群,属双浦乡齿兽,翼膜滑动,是一种盗贼动物,标本两侧均保存完整的听骨骨和关节结构,其中砧骨长约1mm。


通过对听骨细骨形态和关节结构的研究,发现窃贼的听骨骨已与颌骨分离,听骨骨与颌骨之间没有联系,属于典型哺乳动物的中耳。两个听骨骨,即砧骨和锤骨,与新生的鸭嘴兽一样,是重叠的。正是这种叠加的连接使得砧骨和锤骨之间的微小运动,从而为颌骨相对于颅骨的运动提供了空间,最终导致听骨骨与下颌骨完全分离。


我们发现了砧骨-锤骨重叠关系的理论,它解决了下颌运动机制的问题。"毕顺东说,它让我们更清楚地了解哺乳动物独特的听觉器官的进化。哺乳动物中耳的进化包含复杂的详细过程,是砧骨和锤骨扩张适应和反应的最佳例子。

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