來源：【中國科普網(wǎng)】
科普時報訊（記者陳杰）當(dāng)前已經(jīng)有充分的胚胎和化石證據(jù)證明人類的中耳是從魚類的噴水孔演化而來，但魚類的噴水孔又是從何而來則是困擾學(xué)術(shù)界長達(dá)百年的世紀(jì)難題。5月29日，記者從中國科學(xué)院古脊椎動物與人類研究所獲悉，該所蓋志琨研究員以第一作者身份在《生態(tài)和演化前沿》上發(fā)表了有關(guān)脊椎動物噴水孔起源的最新研究成果，首次揭示人類的中耳曾經(jīng)是魚類用來呼吸的鰓。
噴水孔從無頜類的鰓到人類中耳的演化歷程（蓋志琨提供，史愛娟繪）
人類中耳包鼓膜室、傳導(dǎo)聲音的三塊聽小骨和通向口腔的咽鼓管等，是人類擁有靈敏聽覺的秘訣所在。魚類的噴水孔是位于眼睛之后，頜弓和舌弓之間一個只含有假鰓的不完整鰓裂，是魚類非常重要的呼吸器官。在軟骨魚類中，噴水孔主要用來吸入水流，是底棲軟骨魚類適應(yīng)海底生活的生存秘訣，而在原始的硬骨魚類中，噴水孔主要用來呼吸空氣，它是研究早期肉鰭魚類如何登上陸地呼吸空氣，適應(yīng)陸地生活的重要參照。
早在1822年的時候，法國解剖學(xué)家圣西蘭就發(fā)表了他的經(jīng)典著作《解剖哲學(xué)》, 先驗性地提出了不同門類脊椎動物相似器官很可能演化自同一原型，比如鰓弓是頜弓和舌弓的原型，魚類的偶鰭是四足動物四肢的原型，前肢又是鳥類翅膀的原型。這可能是科學(xué)史上對魚類噴水孔起源的最早的科學(xué)猜想。經(jīng)過一個世紀(jì)的尋找，各國古生物學(xué)家仔細(xì)查驗了現(xiàn)生無頜類和早期有頜類中所有盾皮魚類、棘魚類、軟骨魚類和硬骨魚類的化石，也沒有找到確切化石證據(jù)。
從2002年起，中科院古脊椎所研究團(tuán)隊就在浙江長興志留紀(jì)地層中開展野外工作，并在這里找到了一種最為原始的真盔甲魚化石，被命名為曙魚（Shuyu）。2006年，研究團(tuán)隊把曙魚的腦顱標(biāo)本帶到了位于瑞士蘇黎世的瑞士光源進(jìn)行了無損掃描。之后又應(yīng)用三維重建軟件對曙魚的腦顱進(jìn)行三維虛擬復(fù)原，前后歷時5年總共完成了七件曙魚腦顱化石的三維重建，在只有指甲大小的腦顱里，幾乎重現(xiàn)了曙魚所有腦區(qū)、感覺器官及頭部神經(jīng)與血管的通道。
寬甲魚化石中首次發(fā)現(xiàn)鰓絲印痕，揭示我們的中耳曾經(jīng)是魚類用來呼吸的鰓（蓋志琨攝）
此次研究團(tuán)隊通過對曙魚腦顱三維虛擬模型的深入研究發(fā)現(xiàn)，盔甲魚類所謂的鰓間脊實際上是鰓弓的背側(cè)部分，這與瑞典古生物學(xué)家斯天秀（Stensi?）1927年對骨甲魚類的推測如出一轍，也就是說盔甲魚類的鰓弓跟腦顱愈合成一個主要起防護(hù)作用的頭甲，這又跟龜鱉類的肋骨擴(kuò)大愈合成龜甲有著異曲同工之妙。同時，曙魚腦神經(jīng)也得到了很精確復(fù)原，顏面神經(jīng)從后腦發(fā)出后，沿著內(nèi)耳前半規(guī)管一直通向了眼睛之后的第一鰓囊。因此，鰓囊數(shù)目、拓?fù)鋵W(xué)、形態(tài)學(xué)和神經(jīng)支配等多方面證據(jù)，均指向了盔甲魚眼睛后面的一個鰓囊，就是位于頜弓和舌弓之間的舌頜囊。 從形態(tài)上判斷盔甲魚的舌頜囊還是一個未退化的鰓囊，但是要想證明它是一個具有正常呼吸功能的鰓，還缺少整個證據(jù)鏈條中的最后一環(huán)，即找到在該鰓囊中存在鰓絲的化石證據(jù)。
為此，研究團(tuán)隊又在云南曲靖早泥盆世地層開展了長達(dá)數(shù)年的野外發(fā)掘工作。云南曲靖素有“古魚王國”和“4億年前人類遠(yuǎn)祖發(fā)源地”之稱，是世界上最著名的早泥盆世(距今約4.19億年-4.07億年) 脊椎動物化石寶庫之一，也是古脊椎動物特別是古魚類學(xué)家開展野外科考、發(fā)現(xiàn)并研究化石的“圣地”。2017年，研究團(tuán)在曲靖面店水庫附近西山村組深灰色粉砂巖中首次采集到了第一個在眼睛后第一鰓囊中完整保存鰓絲印痕的寬甲魚的新材料，從而進(jìn)一步證明了盔甲魚眼睛后的第一鰓囊是具有正常呼吸功能的鰓，而非退化的噴水孔，從而為脊椎動物噴水孔的起源提供了最為確切的解剖證據(jù)和化石證據(jù)。
在此基礎(chǔ)上，研究團(tuán)隊綜述了噴水孔從無頜類到四足動物的演化歷程，從而建立起了噴水孔從無頜類的鰓到人類中耳的演化序列。所有證據(jù)都表明，早期硬骨魚類有能力從噴水孔中呼吸空氣，作為一種新的呼吸方式，這很可能是魚類離開水域，登上陸地呼吸空氣的一種預(yù)適應(yīng)特征，從而為魚類登上陸地呼吸空氣提供了先決條件。隨著內(nèi)鼻孔在肉鰭魚類的起源（如肯氏魚），成功打通了鼻腔與口腔的通道，鼻孔又成了主要的呼吸器官，從而為魚類登上陸地用肺呼吸進(jìn)一步奠定了基礎(chǔ)。而登上陸地的四足動物，面臨著一個全新的環(huán)境，不得不發(fā)展新的感官，以便在空氣中更好地生存。 這樣已經(jīng)失去呼吸功能的噴水孔，經(jīng)過修飾，逐漸演化成我們中耳腔——鼓膜室，而舌頜骨及與其關(guān)節(jié)的方骨和關(guān)節(jié)骨也逐漸退化變小，最終進(jìn)入到人類的中耳，演化為人類中耳的三塊聽小骨，并被重新命名為鐙骨、錘骨和砧骨，負(fù)責(zé)將聲音傳遞給大腦，我們?nèi)祟愖罱K擁有了靈敏的聽覺。
如果不是這些史前魚類通過頭頂噴水孔呼吸空氣的大膽試驗，我們可能永遠(yuǎn)不會演化出如此敏銳的聽覺。如果你捏上鼻子，并閉上嘴使勁鼓氣的話， 你會感到耳朵的鼓膜非常脹，這說明我們耳朵跟口腔依然是相通的，而聯(lián)通它們的正是從噴水孔演化而來的咽鼓管。如今咽鼓管就像我們的盲腸一樣，貌似已經(jīng)沒有什么功能了，但它卻曾經(jīng)是魚類呼吸的主要通道，如今卻成了魚類遺留給我們的演化殘跡。換句話說，魚祖先曾經(jīng)用我們的耳朵來呼吸，生物演化就是如此的奇妙！
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