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人类的中耳曾经是鱼的鳃

2022-06-02 16:48:00 来源:光明日报

人类的中耳是人类灵敏听觉的秘密,而鱼类位于眼后部的喷水孔是重要的呼吸器官,但实际上两者之间存在着密切的进化关系。3354有充分的证据证明人类的中耳是由鱼的喷水孔进化而来的,但是鱼的喷水孔是怎么出现的呢?

现在这个困扰了科学家一个世纪的难题有了答案。——天前,中国科学院古脊椎动物与古人类研究所盖志坤研究员领导的国际联合研究小组在国际学术期刊《生态和演化前沿》上发表了脊椎动物气孔起源的最新研究成果,首次揭示了人类的中耳曾经是鱼类用来呼吸的鳃。

盖志坤介绍,从2002年开始,研究团队在浙江长兴志留纪地层进行野外工作,在这里发现了最原始的真甲鱼化石,并将其命名为漱玉。“这些鱼龙化石是三维软骨头骨保存的珍贵标本,而且都很小,只有我们的指甲盖那么大。我们进行了三维无损扫描和三维虚拟修复。历时5年,我们完成了7个头骨化石的三维重建,几乎重现了鱿鱼头部的所有脑区、感觉器官以及神经和血管的通道。”

研究团队对虞书大脑和头骨的三维虚拟模型进行了深入研究,并结合在云南曲靖发现的第一个完整保存了第一个鳃囊内鳃丝痕迹的新宽龟材料,最终完成了从鳃到喷水孔再到中耳的进化拼图。3354研究小组确立了喷水孔从无颚动物鳃到人类中耳的进化顺序。

根据盖志坤的说法,这一序列表明,随着装甲鱼成对鼻囊的分裂,在头钉前发育了一个异常发达的中间背孔(单鼻孔),作为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完整的鳃囊。这个鳃囊和后面五个正常的鳃囊一样,有完整的前后半鳃,半鳃有鳃丝,是气体交换的主要场所。此后,颌骨成功进化出双鼻孔,但双鼻孔不与口腔相通,没有呼吸功能,只有嗅觉功能。但是鱼类的呼吸需求并没有减少,所以眼后第一鳃囊(舌咽囊)已经转化为喷水孔,是吸入水的主要器官。“这已经出现在最原始的有颚盾形鱼身上,我们怀疑喷水孔很可能与有颚同伴的下颚和双鼻孔的出现同时起源。”

盖志坤说:“所有这些证据表明,早期硬骨鱼类具有从喷水孔呼吸空气的能力。作为一种新的呼吸方式,这很可能是鱼类离开水和陆地呼吸空气的一种预适应特征。但随着鼻子进化成主要呼吸器官,喷水孔失去了呼吸优势。经过改造,逐渐演变为我们的中耳腔——鼓膜室,而舌侧颌骨及其关节方度和关节骨逐渐退化为更小的,最后进入我们的中耳,演变为我们中耳的三块听小骨,分别改名为镫骨、锤骨和砧骨,负责向大脑传递声音,最终给予我们占有。

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