从颌骨到耳:过渡化石揭示耳朵的进化过程

请注意:早期哺乳动物化石揭示敏感耳骨的进化过程

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哺乳动物的耳朵是一个非常精密的听觉系统,它使一切成为可能,从人类对音乐的欣赏到蝙蝠的回声定位。三块被称为听小骨的小骨头——锤骨( malleus )、砧骨( incus )和镫骨( stapes )——协同工作,将声音从外部世界传播到鼓膜,也称为耳膜。声音从那里传递到大脑,告知听者音调、强度甚至位置。

但是,这个精巧的系统是如何从我们爬行动物祖先较为粗糙的听觉器官进化而来的,一直是个谜。古生物学家们一直在搜寻化石记录,寻找爬行动物的颌骨如何迁移并成为哺乳动物中耳的迹象。现在,匹兹堡卡内基自然历史博物馆的罗哲西(Zhe-Xi Luo)和他的同事们发现了一个:燕颌兽Yanoconodon allini),它是现代哺乳动物和它们遥远祖先之间的中间类型。“它有助于展示哺乳动物耳朵漫长进化过程中的一个过渡结构,”罗说。

罗的研究团队在中国河北省的燕山山脉中发现了这种新的小型哺乳动物——仅五英寸(12.7 厘米)长。在其他地层中发现的类似岩石可以追溯到 1.25 亿年前的中生代,当时恐龙在地球上漫步,早期哺乳动物被认为只能在灌木丛中匆匆而过。燕颌兽的臼齿上有三个齿尖,用于以昆虫和蠕虫为食,并且与粗短的四肢相比,身体细长,非常适合在泥土中扒拉寻找晚餐。“这种特殊的哺乳动物身体非常长,但四肢相对较短,”罗说。“通过观察爪子结构、手骨和脚骨,我们的一般解释是,它是一种生活在地表或可能能够挖掘的哺乳动物。”


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更重要的是,近乎完整的化石显示了颌骨和内耳骨之间的分离,但这种分离是不完全的。燕颌兽的镫骨、砧骨和锤骨仍然通过另一块骨头与颌骨相连——这块骨头在成年的现代哺乳动物中已经消失了。事实上,它们展示的布局与今天哺乳动物胚胎的布局相同,在妊娠期间颌骨和耳骨的软骨前体分离之前。“爬行动物有[一个]充满哺乳动物耳骨的颌骨,而哺乳动物有一个充满爬行动物颌骨的耳朵,”罗指出。“耳骨的比例[已经]像现代哺乳动物一样[在这种动物中],但与颌骨的爬行动物连接仍然保留着。”

这意味着燕颌兽不仅接收到了与现代哺乳动物听觉相关的高频率声音,而且还接收到了通过地面传播的振动。“它还没有完全失去通过颌骨灵敏地探测地面振动的能力,但已经获得了一些现代哺乳动物听到空气传播声音的能力,”罗补充道。

这种已灭绝的早期哺乳动物还有一些其他不寻常的特征,包括比今天任何陆生哺乳动物都多的椎骨。这意味着在这个特征上,它与单孔目动物(如鸭嘴兽等卵生哺乳动物)非常相似,而其他特征则使其更接近有袋动物和胎盘哺乳动物。无论如何,它代表了进化出精妙灵敏的现代哺乳动物耳朵的关键中间步骤。

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