在你的中耳中有三塊骨頭——人體中最小的骨頭之一——它們將來自鼓膜的振動傳遞到耳蝸，從而顯著提高你的聽力。它們統稱為聽小骨，是哺乳動物獨有的。爬行動物和鳥類都只有一箇中耳骨——那些本應是它們的“聽小骨”的骨頭，反而與它們的下頜關節融合在一起。儘管聽小骨很小，但它們是一項強大的進化創新，在哺乳動物中獨立出現了多次——這不僅是因為聽力的提高，還因為它們與下頜的分離使這些動物能夠適應更廣泛的食物來源。沒有聽小骨，古代哺乳動物可能只是大型捕食者的晚餐——或者因飢餓而滅絕——而不是成為我們遙遠的祖先。從某種意義上說，聽小骨的出現可能增加了我們存在的機率。現在，根據週四發表在《科學》雜誌上的研究，人們找到了長期以來尋找的這一劃時代進化路徑第一步的化石證據。
研究人員在中國東北部挖掘一個1.23億年前的火成岩地層時，發現了六個（在古生物學中數量可觀）之前未知的物種的化石，他們將其命名為Origolestes lii。Origolestes是獸類哺乳動物的祖先，獸類哺乳動物包括今天所有胎盤哺乳動物和有袋動物。研究人員說，它的發現填補了哺乳動物聽覺結構進化中的一個缺失環節。
該研究的第一作者，美國自然歷史博物館（AMNH）和中國科學院的古生物學家毛方園稱這些化石“絕對令人驚歎”。毛和她的同事分析了幾個標本的聽小骨，並注意到骨頭與連線下頜的骨化軟骨之間存在明顯的間隙。毛說，這一發現表明了聽小骨與下頜分離的進化時刻，將先前整合在一起的聽覺和咀嚼兩個功能系統分開。“這最後一步消除了兩個系統的物理限制，為聽覺和咀嚼的更好、更高效的發展提供了更大的潛力，”毛說。“這也許是促成獸類成功的原因之一。”
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有了古生物學的後見之明，這種情況似乎確實如此。將聽小骨與下頜骨分離非常有用，以至於至少有三條進化途徑導致了哺乳動物的出現，這個過程被稱為趨同進化。該研究的通訊作者，AMNH和紐約市立大學研究生中心的古生物學家孟津說，這種分離還允許後來出現適應性變化，例如聽到高頻聲音或吃不同型別的食物的能力。
孟津合著的另一項研究，於11月發表在《自然》雜誌上，對一種遙遠的、先前未知的哺乳動物Jeholbaatar kielanae進行了有趣的對比，它與Origolestes生活在同一時期。Jeholbaatar屬於一個現已滅絕的哺乳動物譜系，稱為多瘤齒獸，這個譜系延續了1億多年。像所有多瘤齒獸一樣，它以一種來回切割的方式咀嚼食物。這種獨特的咀嚼方法可能有助於多瘤齒獸的長期成功，但也意味著Jeholbaatar必須具有非常特定的下頜結構，這限制了其中耳進化的選擇，從而導致了一種完全獨特的結構。
俄克拉荷馬州立大學的脊椎動物古生物學家安妮·韋爾撰寫了一篇關於孟津在《自然》雜誌上發表的論文的配套文章。“問題是，‘這種情況在整個基礎哺乳動物進化過程中是否持續發生，因為它能提高聽力？還是說，驅動力是它能改善食物加工？’”她說。對於Jeholbaatar，食物加工顯然是更可能的推動力。“但這仍然給其他譜系留下了一個懸而未決的問題，”她說。
一旦Origolestes的聽覺和咀嚼分離，每個系統就可以獨立進化。孟說，聽覺和咀嚼系統都可能由它們各自不同的發育遺傳機制調節，進化生物學家將這一過程稱為模組化。芝加哥菲爾德自然歷史博物館的哺乳動物學家斯蒂芬妮·史密斯沒有參與這兩項研究，她說，看到模組（進化生物學術語中的此類系統）以與行為（如咀嚼）相關聯的方式獨立進化是很常見的。“這不僅僅是關於這些模組的遺傳控制，”她說。“這也是一個關於這些模組的功能以及它們的分離是如何讓它們進化的故事。”
雖然聽小骨和下頜骨在Origolestes的祖先中作為一個複合器官協同工作，但孟說，在它身上看到的分離允許模組化，從而使它的後代之間出現各種各樣的專業化耳朵和下頜形態。
芝加哥大學研究早期哺乳動物進化的進化生物學家羅哲西（Zhe-Xi Luo）沒有參與這項《科學》研究，他對這項研究的說法不太確定。在查看了作者提供的影像（但不是實際的化石）後，他懷疑耳骨和軟骨之間的間隙只是一種骨折，而不是一個深刻的進化飛躍。“這是一種儲存偽跡；這在化石中太常見了，”羅說。
毛和孟堅持他們對化石的解釋，並指出在四個標本中都儲存了聽覺骨，並且它們都具有相似的形態。“所有這些都是偽跡的可能性很小，”毛說。孟補充說，雖然不同的解釋在古生物學中很常見，但仔細檢查化石化的聽小骨清楚地表明它沒有骨折。羅說他認為需要更多的證據。
聽小骨與下頜的分離——毛和孟顯然用Origolestes捕捉到了它的快照——非常寶貴，它是哺乳動物進化的一個樞紐。它透過多條進化途徑趨同形成，並且至少在獸類哺乳動物中，引發了頜骨和耳朵進化的無數新創新。“它是一個非常小的動物，它有1.23億年的歷史，而且儲存得非常好，”韋爾說。“在這個譜系中看到分離的[聽骨]真是太酷了。”