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                哺乳動物中耳如何演化?最新研究稱漸進過程與發育具一致性

                2020-08-26 15:15:42 來源:中國新聞網

                  中新網北京8月26日電 (記者 孫自法)決定哺乳動物聽覺功能的中耳的演化,被認為是脊椎動物漸進演化的經典案例,也是一個從達爾文時代就在廣泛探討的問題,但受限于中耳化石保存極少,其演化過程和機制存在較大爭議。

                  潘氏中華俊獸復原圖。(許勇/繪 研究團隊/供圖)

                  潘氏中華俊獸(Sinobaatar pani)正型標本。(研究團隊/供圖)

                  中國科學院古脊椎動物與古人類研究所毛方園、美國自然歷史博物館孟津等科研人員,通過對中國熱河生物群化石中新發現的潘氏中華俊獸保存完好聽骨的合作研究表明,哺乳動物中耳演化是一個漸進過程,其路徑與生物發育過程具某種程度的一致性。

                  潘氏中華俊獸聽骨形態。(研究團隊/供圖)

                  這一古生物演化重要科研成果論文,近日已由《國家科學評論》在線發表。論文通訊作者兼第一作者毛方園副研究員介紹說,爬行類動物具原始頜關節,由下頜關節骨與頭骨上的方骨構成,中耳只有一塊聽骨(鐙骨=耳柱骨),而哺乳動物中耳則由錘骨、砧骨、鐙骨形成聽骨鏈,外鼓骨支撐鼓膜收集聲音,下頜由一塊齒骨構成,形成齒骨-鱗骨頜關節。

                  哺乳動物中耳演化的祖先表型與過渡型固樞關節。(研究團隊/供圖)

                  此前解剖學、發育生物學、遺傳學的大量研究證明,哺乳動物的聽骨和爬行動物的齒骨后骨和方骨具有同源關系。古生物學也早已提出中耳漸進演化假說,即從爬行類向哺乳動物的典型哺乳動物中耳的演化過程中,齒骨后骨逐步縮小,并與齒骨分離,最終移入顱基部,成為專司聽覺功能的結構。但因纖細的聽骨很難保存為化石,近200年來發現的中生代哺乳動物中耳化石極少,其形態細節和關節方式一直不清楚,對其演化過程和機制的解釋存在極大的人為性,各種推論、假說存在較大爭議。

                  她表示,合作團隊對采自遼寧朝陽的多瘤齒獸——潘氏中華俊獸保存完好的聽骨化石進行高精度CT掃描重建,首次揭示出多瘤齒獸5塊聽骨確切的三維形態和接觸關系:中華俊獸具典型哺乳動物中耳,聽骨與齒骨已完全脫離并進入顱基部;外鼓骨與錘骨組成趨于完整的卵圓形框架以支撐鼓膜;錘骨發育錘骨柄、基、頸等進步特征;上隅骨與錘骨前支依然由骨縫分隔,但后端骨體愈合,共同參與錘骨-砧骨關節;砧骨體仍保持與錘骨大致前后向而非背腹向的關節方式;砧骨具長短突,長突末端與雙腿的鐙骨相關節。

                  現生哺乳動物(單孔類,有袋類,有胎盤類)中耳形態。(研究團隊/供圖)

                  研究團隊還對遼尖齒獸、源掠獸,以及現生哺乳動物中形態較為原始的單孔類針鼴、有袋類負鼠和真獸類刺猬的中耳進行高精度CT掃描和重建,并進行系統的對比研究。研究結果表明,遼尖齒獸、源掠獸、中華俊獸這三種中生代哺乳動物體現出中耳演化三個不同的漸進階段,作為祖先表型的不同形態,填補了似哺乳的下頜中耳與典型哺乳動物中耳之間的形態空缺。這些祖先表型體現的演化程度差別,與現生哺乳動物中耳個體發育過程可以對應。此外,從更細微的結構上,錘骨的一些進步特征如錘骨柄、基、頸等的出現,其演化順序也與個體發育過程一致。這些研究結果,也都支持哺乳動物中耳演化與發育具有一定程度相關性的觀點。

                  潘氏中華俊獸舌骨形態。(研究團隊/供圖)

                  在這三種化石門類中,雖然聽骨與齒骨的連接關系演化發育階段不同,但錘骨-砧骨的頜關節均為一種保守的過渡關節模式,體現出滯后的異時發育現象,也代表了哺乳動物中耳祖先表型的一個共性。

                  毛方園透露,除完好的聽骨外,潘氏中華俊獸化石還保存了迄今最完整的中生代哺乳動物舌骨懸器。合作團隊通過CT掃描重建的方式,首次以三維形態呈現該舌骨懸器:由單根的基舌骨,成對的角舌骨、莖舌骨和甲舌骨,組成類似現生哺乳動物的鞍狀舌骨結構。其靈活的關節模式表明,此階段多瘤齒獸已具有吞咽和吸吮的可能性。

                編輯:韓瑞敏
                 

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