原标题:云南大学毕顺东团队发表《自然》张文:鸭嘴兽中耳揭示哺乳动物听觉和中耳的进化机制

来源：云南大学

2021年1月28日，云南大学与内蒙古自然历史博物馆联合在《自然》网上发表了题为《一个中侏罗统哈拉米依丹中的一个单孔类听觉器官》的研究成果。基于哺乳动物中耳与听小骨连接关系的新发现，本研究提出重叠的砧踝关节是中耳和听小骨与下颌分离的关键步骤，解决了哺乳动物中耳和听力进化研究中长期存在的问题。大自然对这一成就的评价是:“这是哺乳动物进化的经典童话”。

中耳包含三个听小骨——镫骨、砧骨和锤骨，是包括人类在内的现代哺乳动物骨骼系统中最小的骨骼，形成听觉链，将声波从鼓膜传递到内耳，增强声波的频率。相比之下，爬行动物的中耳只有一个镫骨，它们下颌骨内的关节骨和颅骨内的方骨形成颌关节，连接下颌骨和颅骨，具有咀嚼和听觉的双重功能。在爬行动物进化成哺乳动物的过程中，方骨和关节骨逐渐进化成砧骨和锤骨，形成了我们哺乳动物敏锐的听觉结构。然而，在过去的两百年里，爬行动物的方骨和关节骨是如何从下颌骨中分离出来，进化成哺乳动物精致复杂的听小骨，一直被认为是生物进化研究的中心问题。

图1。a .后牙附着中耳，通过下颌后的骨连接到下颌；b、中耳(麦可连附中耳)通过麦克米伦软骨与下颌骨相连；中耳与下颌骨分离

传统的中耳进化模型认为，哺乳动物祖先的下颌骨通过麦克米伦软骨和关节骨与颅骨相连，哺乳动物进化中颅骨的增大导致中耳位置后移，最终与下颌骨分离。最近的一些研究提出了“运动功能驱动理论”，认为咀嚼时下颌后移的行为是中耳逐渐脱离下颌，最终进入颅骨的主要原因。而通过麦克米伦软骨和关节骨与颅骨相连的下颌骨不能向后运动，鸭嘴兽等哺乳动物基底支咀嚼时下颌骨也不向后运动，这与运动功能驱动理论相矛盾。

本研究发现了砧骨与锤骨重叠关系的理论，解决了下颌运动机制的问题。本研究标本来自于河北省青龙县中晚侏罗世廖燕生物群(距今约1.6亿年)，属维氏齿科动物，有滑翅膜，为贼类动物。标本两侧原位保存完整的听小骨和关节结构是罕见的，其中砧骨只有约1毫米长。通过对听骨精细形态和关节结构的研究，发现盗贼的听小骨明显与下颌分离，不与麦克米伦软骨相连，属于哺乳动物典型的中耳。砧骨和锤骨这两根听小骨像活的鸭嘴兽一样上下重叠。正是这种重叠的连接方式，使得砧骨和锤骨之间有轻微的运动，从而为下颌骨相对于颅骨的运动提供空的空间，最终有助于听小骨与下颌骨的完全分离。

图2。翔齿兽的头骨和中耳

这种重叠听小骨的连接方式最早出现在中生代哺乳动物各个分支的早期成员，也出现在现代鸭嘴兽(Monopore)、胎盘和有袋类动物的个体发育早期，是中耳听小骨从咀嚼和听觉功能向单一听觉功能过渡的关键环节。这种重叠连接在白垩纪真正的三尖瓣、多瘤齿和对齿哺乳动物中更进一步，砧骨相对于锤骨向后移动，形成部分重叠。在之后的漫长岁月里，这两块小骨头与下颌骨完全分离，逐渐缩小到中耳，成为哺乳动物真正的听小骨。所以决定中耳进化的是自然选择，而不是下颌骨的咀嚼功能。

这项研究整合了化石和活体个体发育的证据，使我们对哺乳动物独特听觉器官的进化过程有了更清晰的认识。哺乳动物中耳的进化包含复杂的细节，是现有结构(砧骨和锤骨)扩张适应和再作用的最好例子。

图3, 哺乳动物砧骨-锤骨关节演化关系图图4， 翔齿兽的复原图

来源|大云新闻网

编辑|张振涛

审计|李哲