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人类中耳曾经是鱼类的鳃

来源:光明网-《光明日报》2022-06-02 09:13

  【科技前沿】

  本报北京6月1日电(记者齐芳)人类中耳是人类拥有灵敏听觉的秘诀所在,而鱼类位于眼睛后部的喷水孔则是重要的呼吸器官,但其实二者有密切的演化联系——已经有充分的证据证明人类的中耳是从鱼类的喷水孔演化而来,但鱼类的喷水孔又是怎么出现的呢?

  这个困扰科学家的百年谜题如今有了答案——日前,以中国科学院古脊椎动物与古人类研究所盖志琨研究员为主的国际联合研究团队在国际学术期刊《生态和演化前沿》上发表了有关脊椎动物喷水孔起源的最新研究成果,首次揭示人类的中耳曾经是鱼类用来呼吸的鳃。

  盖志琨介绍,从2002年起,研究团队就在浙江长兴志留纪地层中开展野外工作,并在这里找到了一种最为原始的真盔甲鱼化石,并命名为曙鱼(Shuyu)。“这些曙鱼化石都是具有三维立体软骨脑颅保存的珍贵标本,而且个头都非常小,只有我们的指甲盖那么大。我们对其进行三维无损扫描,并进行三维虚拟复原,前后历时5年总共完成了七件曙鱼脑颅化石的三维重建,几乎重现了曙鱼所有脑区、感觉器官及头部神经与血管的通道。”

  研究团队对曙鱼脑颅三维虚拟模型进行了深入研究,并结合此后在云南曲靖发现的第一个在第一鳃囊中完整保存鳃丝印痕的宽甲鱼新材料,终于完成了从鳃到喷水孔再到中耳的演化拼图——研究团队建立起喷水孔从无颌类的鳃到人类中耳的演化序列。

  盖志琨介绍,这一序列表明:随着盔甲鱼类成对鼻囊的分裂,头甲前发育了异常发达的中背孔(单鼻孔),来充当吸入水流的主要呼吸器官,因此颌弓和舌弓之间的舌颌囊首次发育成了一个完整的鳃囊,该鳃囊跟后面5个正常的鳃囊一样具有完整的前后半鳃,半鳃具有鳃丝,是气体交换的主要场所。此后,有颌类成功演化出了双鼻孔,但双鼻孔并不与口腔相通,没有呼吸功能,只有嗅觉功能。但是鱼类的呼吸需求并没减少,因此眼睛后的第一鳃囊(舌颌囊)被改造成了喷水孔,成为吸入水流的主要器官。“这在最原始的有颌类盾皮鱼类中就已经出现,我们猜测,喷水孔很可能是在有颌类伴中随颌和双鼻孔的出现同时起源的。”

  盖志琨说:“所有这些证据都表明,早期硬骨鱼类有能力从喷水孔中呼吸空气,作为一种新的呼吸方式,这很可能是鱼类离开水域,登上陆地呼吸空气的一种预适应特征。但是,随着鼻子演化为主要的呼吸器官,喷水孔就丧失了呼吸优势,经过修饰,它逐渐演化成我们中耳腔——鼓膜室,而舌颌骨及与其关节的方骨和关节骨也逐渐退化变小,最终进入到我们的中耳,演化为我们中耳的三块听小骨,并被重新命名为镫骨、锤骨和砧骨,负责将声音传递给大脑,最终让我们拥有了灵敏的听觉。”

[ 责编:张梦凡 ]
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