1.24亿年前,哺乳动物的听觉和咀嚼功能就“分手”了

科技日报记者 陆成宽

这是一个哺乳动物进化出灵敏的听觉和高效的咀嚼的故事。

12月6日,《科学》杂志在线发表了一项关于1.24亿年前基干兽类李氏源掠兽的听觉和咀嚼器官演化的研究成果。来自中国科学院古脊椎动物与古人类研究所等单位的研究人员发现,曾经一体化的听觉和咀嚼器官,为了适应自然选择,提高听觉和咀嚼的效率,两个模块逐渐分离。新发现的李氏源掠兽化石完好地展现了两个模块在基干兽类中演化分离节点的表型特征;分离的听觉和咀嚼器官,使得哺乳动物的听觉更加灵敏、咀嚼更加高效。

模块演化是演化生物学和发育生物学相结合的一个概念。生物体可在不同层次上分解为小的形态、发育或者功能单元;它们在发育和基因调控上相对独立,在演化中可具不同变异速率,并且能够在不影响其它模块形态功能的情况下,独立地接受自然选择的作用。比如,脊椎动物的前肢就是一个同源模块演化的例子,可以进化成翅膀、鳍或人类的手,但并不影响其它部分,如后肢的的形态及功能。

哺乳动物下颌和听骨是一个特别的模块演化例子。它的独特性在于,该演化兼具同源模块的多样化和功能特异化等特性,且从一个复合形态功能一体化的复杂结构,逐步演化成两个形态和功能完全独立的器官模块。

研究人员基于早白垩热河生物群(陆家屯层)中三维立体保存的六件标本,利用显微断层扫描(CT)和三维立体重建等方法,建立了一个对齿兽的新属种:李氏源掠兽。“取这个名字,是为了纪念文章的作者之一,于今年十月逝世的中国早期哺乳动物研究奠基人之一李传夔研究员。”论文第一作者、中国科学院古脊椎动物与古人类研究所博士毛方园说道。

研究表明,李氏源掠兽在咬合咀嚼过程中,下颌除了开合运动,也具有横向移动和沿长轴方向的转动。 这种下颌咀嚼时的多向运动过程,很可能是导致兽类中耳听骨与齿骨、麦氏软骨的脱离的选择压力之一。

事实上,形态解剖学、发育生物学、遗传学的大量研究已经表明,哺乳动物的听骨和爬行动物的齿骨后骨具有同源关系。近年来的研究,更进一步表明,这些骨骼在各个类群的早期发育过程中,受到相同基因机制的调控;这些机制,甚至可以追溯到鱼类下颌的发育。

近二十年中国辽西地区发现的中生代哺乳动物中,爬兽等的骨化麦氏软骨、辽尖齿兽等的听骨,提供了从下颌中耳到典型哺乳动物中耳之间演化过渡模式的证据。

然而,在过渡型中耳中,听骨虽然脱离了齿骨,但仍与骨化的麦氏软骨紧密绞合,后者与齿骨相连;因此,听觉和咀嚼的功能尚未完全分开,相互还有影响。

来源:科技日报 文中图片除注明外均由作者提供

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