從頜骨到耳:過渡化石揭示耳朵的進化過程

請注意:早期哺乳動物化石揭示敏感耳骨的進化過程

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哺乳動物的耳朵是一個非常精密的聽覺系統,它使一切成為可能,從人類對音樂的欣賞到蝙蝠的回聲定位。三塊被稱為聽小骨的小骨頭——錘骨( malleus )、砧骨( incus )和鐙骨( stapes )——協同工作,將聲音從外部世界傳播到鼓膜,也稱為耳膜。聲音從那裡傳遞到大腦,告知聽者音調、強度甚至位置。

但是,這個精巧的系統是如何從我們爬行動物祖先較為粗糙的聽覺器官進化而來的,一直是個謎。古生物學家們一直在搜尋化石記錄,尋找爬行動物的頜骨如何遷移併成為哺乳動物中耳的跡象。現在,匹茲堡卡內基自然歷史博物館的羅哲西(Zhe-Xi Luo)和他的同事們發現了一個:燕頜獸Yanoconodon allini),它是現代哺乳動物和它們遙遠祖先之間的中間型別。“它有助於展示哺乳動物耳朵漫長進化過程中的一個過渡結構,”羅說。

羅的研究團隊在中國河北省的燕山山脈中發現了這種新的小型哺乳動物——僅五英寸(12.7 釐米)長。在其他地層中發現的類似岩石可以追溯到 1.25 億年前的中生代,當時恐龍在地球上漫步,早期哺乳動物被認為只能在灌木叢中匆匆而過。燕頜獸的臼齒上有三個齒尖,用於以昆蟲和蠕蟲為食,並且與粗短的四肢相比,身體細長,非常適合在泥土中扒拉尋找晚餐。“這種特殊的哺乳動物身體非常長,但四肢相對較短,”羅說。“透過觀察爪子結構、手骨和腳骨,我們的一般解釋是,它是一種生活在地表或可能能夠挖掘的哺乳動物。”


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更重要的是,近乎完整的化石顯示了頜骨和內耳骨之間的分離,但這種分離是不完全的。燕頜獸的鐙骨、砧骨和錘骨仍然透過另一塊骨頭與頜骨相連——這塊骨頭在成年的現代哺乳動物中已經消失了。事實上,它們展示的佈局與今天哺乳動物胚胎的佈局相同,在妊娠期間頜骨和耳骨的軟骨前體分離之前。“爬行動物有[一個]充滿哺乳動物耳骨的頜骨,而哺乳動物有一個充滿爬行動物頜骨的耳朵,”羅指出。“耳骨的比例[已經]像現代哺乳動物一樣[在這種動物中],但與頜骨的爬行動物連線仍然保留著。”

這意味著燕頜獸不僅接收到了與現代哺乳動物聽覺相關的高頻率聲音,而且還接收到了透過地面傳播的振動。“它還沒有完全失去透過頜骨靈敏地探測地面振動的能力,但已經獲得了一些現代哺乳動物聽到空氣傳播聲音的能力,”羅補充道。

這種已滅絕的早期哺乳動物還有一些其他不尋常的特徵,包括比今天任何陸生哺乳動物都多的椎骨。這意味著在這個特徵上,它與單孔目動物(如鴨嘴獸等卵生哺乳動物)非常相似,而其他特徵則使其更接近有袋動物和胎盤哺乳動物。無論如何,它代表了進化出精妙靈敏的現代哺乳動物耳朵的關鍵中間步驟。

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