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中國的古生物學家發現了哺乳動物聽覺與咀嚼器官分離的确切證據。

作者:文彙網
中國的古生物學家發現了哺乳動物聽覺與咀嚼器官分離的确切證據。

李源動物生态環境與陸家屯動物群重建(趙澄繪畫)

曾幾何時,哺乳動物的聽覺器官與咀嚼器官有關。想象一下,當"bar"的聲音通過骨頭直接進入耳朵時,會有多大的噪音!吃得不那麼愉快,在吃飯時很難對外界的風草保持足夠的警覺,大自然巧妙地揮舞着"進化之手"将兩個器官分開,更好地為彼此工作,更有利于生物的生存。

隻是,這兩個器官,吃飯和聽,究竟是什麼時候分開的?古生物學家一直在尋找确鑿的化石證據。最近,中國古生物學家解決了這個難題。

前天,科學雜志在網上發表了中國科學院古脊椎動物與古人類研究所的毛方圓、王元慶和孟金對早白垩紀幹化動物李氏源捕食者的研究成果:在下穴脊椎動物的進化中,曾經是一個綜合的聽覺和咀嚼結構,受各自遺傳機制的調節, 适應動物哺乳動物的自然選擇,分别提高聽覺和咀嚼效率,子產品進化Lee源顯示了兩個子產品在堿幹動物類中進化分離節點的物候特征,分離的聽覺和咀嚼子產品增強了它們的變異性或進化性,并成為動物哺乳動物輻射進化的可能内部驅動因素之一。

中國的古生物學家發現了哺乳動物聽覺與咀嚼器官分離的确切證據。

哺乳動物(野獸)聽覺和咀嚼形式功能子產品化進化分離圖(以毛方圓為例)

子產品進化是一個将進化生物學與發育生物學相結合的概念。生物體可以分解成不同水準的小形态,發育或功能單元。脊椎動物前肢是同源子產品進化的例子,可以進化成翅膀,鳍或人手,但不影響其他部分的形狀和功能,如後肢。

研究人員認為,哺乳動物的下颚和聽覺骨骼是子產品進化的一個特殊例子。其獨特性在于進化結合了同源子產品的多樣化和功能特異性的特點,從複合形态功能整合的複雜結構演變成兩個具有完全獨立形式和功能的器官子產品。

基于早白垩紀河生物群(陸家屯層)三維儲存的六個标本,研究人員利用微觀結構掃描(CT)和三維重建建立了一個新的齒獸屬:紀念文章的作者之一李源捕食者,以及中國早期哺乳動物研究的創始人之一李傳玄, 他于今年10月去世。

中國的古生物學家發現了哺乳動物聽覺與咀嚼器官分離的确切證據。

奧利戈萊斯特 lii 模式 CT 重建

标本的掩埋形式表明,這些動物在憩室狀态下死亡,化石在很大程度上不受後期階段的幹擾,成對儲存的标本可能反映了基根獸的某種社會行為。

同一物種的證據,同一個體的牙柱,下颚和動物的劃痕表明,在咬和咀嚼的過程中,下颌不僅具有打開和關閉的運動,而且還具有向長軸方向的橫向運動和旋轉。咀嚼下颌時的多向運動過程可能是導緻動物的耳骨和牙骨以及馬卡骨脫離的選擇壓力之一。

中國的古生物學家發現了哺乳動物聽覺與咀嚼器官分離的确切證據。

Origolestes lii 牙齒形态、磨料細節和咬合運動關系

長期以來,在形态解剖學、發育生物學和遺傳學方面的大量研究表明,哺乳動物的聽覺骨(錘骨、桦木骨、外凸骨)和爬行動物的牙骨骨背骨(關節骨、前關節骨、方骨、刺骨)具有同源關系。最近的研究進一步表明,在各種群體的早期發育過程中,這些骨骼受到相同的遺傳機制的調節。這些機制甚至可以追溯到魚颚的發展。

近二十年來在中國遼西地區發現的中生哺乳動物中,爬行動物、遼尖齒獸等骨基軟骨,為典型哺乳動物的下颌中耳與中耳之間的進化轉變模式提供了證據。但在過渡性中耳中,聽覺骨雖然與牙骨分離,但仍然與與牙骨相連的骨骨馬骨緊緊扭曲。結果,聽覺和咀嚼的功能并沒有完全分開,并且互相影響。

李氏源捕食者的幾份标本首次顯示出一個關鍵特征,即聽覺骨與梅西軟骨之間的無骨聯系,代表了哺乳動物進化中聽覺和咀嚼子產品分離的關鍵節點,彌合了典型哺乳動物過渡中耳和中耳的物候特征之間的差距, 并代表了基礎動物在系統發育和特征進化中的進化階段較為漸進的進化階段。

中國的古生物學家發現了哺乳動物聽覺與咀嚼器官分離的确切證據。

李氏源動物的中耳、内耳和猕猴軟骨的形态和解剖位置。H,箭頭指向聽骨和猕猴軟骨之間的分離點。I、箭頭指向中耳聽覺骨與母體軟骨之間的骨連接配接,廖尖齒獸過渡。

這種分離的類物的建立為發育生物學中哺乳動物中耳進化的模型和假設提供了進化時間和物候學上的參考和驗證。

在形态學上,分離的聽覺和咀嚼子產品消除了互相幹擾的實體限制,增加了兩個子產品進化和多向适應的可能性;

由于高精度CT掃描的結果,李源捕食者還證明了kegan野獸(即使在所有已知的中觀哺乳動物中)的聽覺骨的近乎完整的形态特征,為進一步研究哺乳動物聽覺骨的進化提供了可靠的化石基礎。特别是,除了所有哺乳動物都有胫骨、錘骨、外隆起的骨和龍骨外,李源動物的聽覺骨還保留了上骨。

中國的古生物學家發現了哺乳動物聽覺與咀嚼器官分離的确切證據。

Lee源捕食者的内耳結構和内耳的相對關系(A-I),以及與單孔類(J)和袋類(K)的比較。黃色是内耳結構的内模,藍色是内耳相關的血管系統。

由于對遼尖齒獸和阿霍斯樹賊的上部骨骼的研究提高了上部骨骼存在的可能性,是以越來越多的證據表明,上骨筋膜在哺乳動物的早期進化過程中進入了中耳。李的來源捕食者提供了迄今為止最可信的上骨三維證據。

基根獸中上部骨關節的存在也對古哺乳動物研究和現代發育生物學提出了挑戰:這種聽覺骨是否直接丢失或融入哺乳動物進化的某一部分,導緻活物種中耳中沒有上部骨關節?更相關的化石的發現和更詳細的發育生物學研究可能會回答這個問題。

内耳與中耳的聽覺骨息息相關,作為聽覺器官的重要組成部分,也展現了三尖齒獸獸獸獨特的進化結構。與活獸和單孔類比,這種人工耳蝸植入管具有次級骨闆直至顱面基底中部伸長,人工耳蝸周圍有豐富的網狀靜脈;

基根獸(包括人類)在各種實驗中增強了它們的變異性或進化能力,并最終成功地成為地球生态系統的主要參與者之一。

本研究得到了國家自然科學基金、中國科學院戰略性先導科技項目(B類)、中科院青年創新促進會資助,特别感謝朝陽吉藏堂博物館的大力支援。

作者:徐偉民

圖檔:全毛方元 編輯:徐偉民 負責編輯:任偉

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