一件化石揭開1.6億年前的秘密:吃真能促進聽力?
很少有人會注意到自己的中耳——除非它發了炎。但就是這個藏在耳朵裡的“小傢伙”,不管是對於人,還是對於其他哺乳動物的聽力都至關重要。也因此它的演化機制,成為古生物學家過去多年一大研究熱點。
熱河俊獸正型標本(右下角)與一件北票鱘標本保存於同一個岩板王海冰/供圖
熱河俊獸生態復原圖許勇/供圖
如今,中國科學院古脊椎動物與古人類研究所助理研究員王海冰、研究員王元青和美國自然歷史博物館研究員孟津合作,提出了一種新的哺乳動物中耳演化模式:特殊的頜關節及其取食方式,或能加速中耳的演化,簡單來說就是“吃在一定程度上能夠促進聽力”。
這一切,還要從一件“標本體長約15厘米”的化石說起。
這件化石發現於遼寧凌源敞子溝下白堊統九佛堂組,與一件北票鱘化石保存在同一個岩板上,距今約1.2億年。
王海冰是該研究團隊中最年輕的科研人員,也是成果論文的第一作者,據他介紹,經過長時間室內精心修理,數據處理和對比研究,研究團隊確定該化石代表了多瘤齒獸類始俊獸科的新物種,將其命名為“蓋氏熱河俊獸”——這也是科學家首次發現產自九佛堂組的多瘤齒獸類化石。
“這件標本最有意思的部分,就是它的頭骨保存了非常完整的中耳結構。”王海冰說。
哺乳動物的中耳演化被認為是生物重演律的經典案例,因此科學家對它的出現“十分敏感”。王海冰說,哺乳動物中耳經歷了從下頜中耳,過渡型中耳,到典型哺乳動物中耳的3個演化階段。然而,不同中耳演化階段在各哺乳動物支系中發生的時間和機制,卻始終是研究的難點。
在此之前,“腦顱膨脹”和“負向異速生長”,是哺乳動物中耳的演化機制兩種比較常見的假說,前者認為,哺乳動物生長過程中腦顱的增大,導致中耳位置後移,最終脫離下頜;後者則強調,在胚胎髮育早期,中耳骨骼形態相對於下頜較大,中耳骨化的時間更早,因此在胚胎髮育後期,隨著頭骨、下頜的增大,中耳骨骼最終脫離下頜。
不過,隨著化石研究和現生動物胚胎髮育學的進展,這兩種假說獲得的支持,都在不斷減弱。
直到如今這件“蓋氏”化石的出現,科學家才看到新的曙光。
“蓋氏熱河俊獸的正型標本,保存了完整的中耳結構,為研究早期哺乳動物耳區演化提供了直接證據。”王海冰說。
具體來看,這項工作揭示了多瘤齒獸類中耳各個骨塊的完整形態,以及相互間的接觸關係,對探討哺乳動物的齒骨後骨,從下頜中耳到典型哺乳動物中耳這一演化事件補充了“極具分量的拼圖”。
基於這項研究,包括王海冰在內的研究人員,對於上隅骨在哺乳動物中的演化有了更清晰的認識。此次研究首次揭示了上隅骨在早期哺乳動物中,從一塊獨立的骨骼,變為逐漸與錘骨體癒合的狀態,成為錘骨的後外側部分。
與此同時,研究人員還通過形態學證據和系統發育分析結果,提出了早期哺乳動物中耳演化的一個新模式——
在中生代哺乳動物中,異獸類至少在大約1.6億年前的中/晚侏羅世,就已經演化出典型哺乳動物中耳;而在同一時期,甚至更晚的早白堊世,其他已知的所有哺乳動物類群,都還保留了過渡型中耳。
異獸類,為何能夠成為造物者的寵兒,早早地就“演化升級”呢?
王海冰尋找到的解釋是:蓋氏熱河俊獸屬於異獸類,在異獸類中,頭骨和下頜關節是比較開放的模式,這種結構允許其下頜有較大的前後向的活動幅度,致使其取食方式非常獨特,很有可能對中耳演化提供了非常強大的選擇壓力,導致異獸類中耳演化加速。
“這也理解為是’吃促進了聽力’。”王海冰說。
當然,異獸類也存在一個過渡型中耳的演化階段,但按照王海冰的說法,這一階段在異獸類中持續的時間,要比其他所有哺乳動物類群短,這很可能也是因為其獨特的下頜關節和取食方式,讓它們在至少1.6億年前就獲得了典型哺乳動物中耳的形態,早於其他所有的哺乳動物類群。
這一成果已於近日在國際知名學術期刊《自然》(Nature)在線發表。其中記錄著王元青、王海冰團隊基於系統發育分析結果,對哺乳動物中耳演化機制的具體論述,而這,從論文發表之日起,也將成為一個新的假說。