咬和嚼：一場(chǎng)來自1.24億年前的特殊“分手”

李氏源掠獸顯微斷層掃描重建圖 毛方園/供圖

李氏源掠獸生態(tài)環(huán)境和陸家屯動(dòng)物群重建圖 趙闖/繪

這是一場(chǎng)來自1.24億年前的特殊“分手”，主角一個(gè)是管“聽”的器官，一個(gè)是管“嚼”的器官。

是的，很久以前，負(fù)責(zé)“聽覺”和“咀嚼”的器官是一體的。來自中國科學(xué)院古脊椎動(dòng)物與古人類研究所的毛方園、王元青與美國自然歷史博物館孟津等學(xué)者合作，基于1.24億年前的李氏源掠獸化石發(fā)現(xiàn)：曾經(jīng)一體化的聽覺和咀嚼器官，為了適應(yīng)自然選擇，提高聽覺和咀嚼的效率，兩個(gè)模塊逐漸分離。

不久前，國際學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》(Science)發(fā)表了這一成果的論文。其中提到，這塊1.24億年前的化石完好地展現(xiàn)了聽覺和咀嚼器官兩個(gè)模塊，在基干獸類中演化分離節(jié)點(diǎn)的表型特征，分離的聽覺和咀嚼器官，使得哺乳動(dòng)物的聽覺更加靈敏、咀嚼更加高效。

據(jù)該成果論文第一作者、中國科學(xué)院古脊椎動(dòng)物與古人類研究所副研究員毛方園介紹，模塊演化是演化生物學(xué)和發(fā)育生物學(xué)相結(jié)合的一個(gè)概念。生物體可在不同層次上分解為小的形態(tài)、發(fā)育或者功能單元，它們?cè)诎l(fā)育和基因調(diào)控上相對(duì)獨(dú)立，在演化中具有不同變異速率，能夠在不影響其它模塊形態(tài)功能的情況下，獨(dú)立地接受自然選擇的作用。

脊椎動(dòng)物的前肢，就是一個(gè)同源模塊演化的例子，可以進(jìn)化成翅膀、鰭或人類的手，但并不影響其它部分，如后肢的形態(tài)及功能。

來看這次科學(xué)發(fā)現(xiàn)的主角——基于早白堊熱河生物群陸家屯層中三維立體保存的6件標(biāo)本，研究人員利用顯微斷層掃描和三維立體重建等方法，建立了一個(gè)對(duì)齒獸的新屬種：李氏源掠獸。毛方園說，“取這個(gè)名字，是為了紀(jì)念文章的作者之一，于今年10月逝世的中國早期哺乳動(dòng)物研究奠基人之一李傳夔研究員。”

研究表明，李氏源掠獸在咬合咀嚼過程中，下頜除了開合運(yùn)動(dòng)，也具有橫向移動(dòng)和沿長軸方向的轉(zhuǎn)動(dòng)。這種下頜咀嚼時(shí)的多向運(yùn)動(dòng)過程，很可能是導(dǎo)致獸類中耳聽骨與齒骨、麥?zhǔn)宪浌敲撾x的選擇壓力之一。

毛方園說，近20年我國遼西地區(qū)發(fā)現(xiàn)的中生代哺乳動(dòng)物中，爬獸等的骨化麥?zhǔn)宪浌恰⑦|尖齒獸等的聽骨，提供了從下頜中耳到典型哺乳動(dòng)物中耳之間演化過渡模式的證據(jù)。然而，在過渡型中耳中，聽骨雖然脫離了齒骨，但仍與骨化的麥?zhǔn)宪浌蔷o密絞合，后者與齒骨相連;因此，聽覺和咀嚼的功能尚未完全分開，相互還有影響。

如今這個(gè)李氏源掠獸多件化石標(biāo)本的出現(xiàn)，首次展示出一個(gè)關(guān)鍵特征，即聽骨與麥?zhǔn)宪浌侵g無骨質(zhì)鏈接，代表了哺乳動(dòng)物演化中聽覺與咀嚼模塊分離的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)。

毛方園告訴記者，一系列完整、連續(xù)的化石證據(jù)還表明，分離的聽覺和咀嚼模塊，增強(qiáng)了它們的“各司其職”演化能力，聽覺器官具備向高靈敏度高頻聽力發(fā)展的潛力，咀嚼器官也獲得牙齒和咬合方式多樣性演化以攝取不同食物的可能性，從而導(dǎo)致現(xiàn)生獸類哺乳動(dòng)物的繁盛。

據(jù)她介紹，得益于高精度顯微斷層掃描的結(jié)果，李氏源掠獸化石研究還揭示，基干獸類哺乳動(dòng)物在早期——至少1.2億年前——有5塊中耳聽小骨，長度僅5毫米，并首次獲得5塊聽小骨的具體三維形態(tài)。如今，哺乳動(dòng)物只有3塊中耳聽小骨，另兩塊聽小骨，一塊演化為附著聽膜的外鼓骨，另一塊已在演化過程中丟失或融合到聽骨鏈關(guān)節(jié)上。

值得一提的是，作為聽覺器官的重要部分，中耳接收信號(hào)，內(nèi)耳向大腦傳遞信號(hào)，如今這塊李氏源掠獸化石研究還發(fā)現(xiàn)，與中耳聽骨緊密相關(guān)的內(nèi)耳，其耳蝸管以直線方式向顱基部延長，但已到達(dá)極限，代表著哺乳動(dòng)物耳蝸用不同方式增長，以提高聽力的一個(gè)演化“試錯(cuò)實(shí)驗(yàn)”。

“李氏源掠獸化石的多項(xiàng)研究成果，都為發(fā)育生物學(xué)研究提供了更多參考證據(jù)。”毛方園說，獸類今天在地球生態(tài)系統(tǒng)中的成功，和它們祖先的各種成功、失敗演化實(shí)驗(yàn)分不開。而聽覺和咀嚼模塊的分離，就是這種演化成功的一個(gè)例子。

中國青年報(bào)·中國青年網(wǎng)記者 邱晨輝 來源：中國青年報(bào)