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科普時(shí)報(bào)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(lèi)的中耳是從魚(yú)類(lèi)的噴水孔演化而來(lái)，但魚(yú)類(lèi)的噴水孔又是從何而來(lái)則是困擾學(xué)術(shù)界長(zhǎng)達(dá)百年的世紀(jì)難題。5月29日，記者從中國(guó)科學(xué)院古脊椎動(dòng)物與人類(lèi)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(dòng)物噴水孔起源的最新研究成果，首次揭示人類(lèi)的中耳曾經(jīng)是魚(yú)類(lèi)用來(lái)呼吸的鰓。

噴水孔從無(wú)頜類(lèi)的鰓到人類(lèi)中耳的演化歷程（蓋志琨提供，史愛(ài)娟繪）

人類(lèi)中耳包鼓膜室、傳導(dǎo)聲音的三塊聽(tīng)小骨和通向口腔的咽鼓管等，是人類(lèi)擁有靈敏聽(tīng)覺(jué)的秘訣所在。魚(yú)類(lèi)的噴水孔是位于眼睛之后，頜弓和舌弓之間一個(gè)只含有假鰓的不完整鰓裂，是魚(yú)類(lèi)非常重要的呼吸器官。在軟骨魚(yú)類(lèi)中，噴水孔主要用來(lái)吸入水流，是底棲軟骨魚(yú)類(lèi)適應(yīng)海底生活的生存秘訣，而在原始的硬骨魚(yú)類(lèi)中，噴水孔主要用來(lái)呼吸空氣，它是研究早期肉鰭魚(yú)類(lèi)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(shí)候，法國(guó)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(yàn)性地提出了不同門(mén)類(lèi)脊椎動(dòng)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(yú)類(lèi)的偶鰭是四足動(dòng)物四肢的原型，前肢又是鳥(niǎo)類(lèi)翅膀的原型。這可能是科學(xué)史上對(duì)魚(yú)類(lèi)噴水孔起源的最早的科學(xué)猜想。經(jīng)過(guò)一個(gè)世紀(jì)的尋找，各國(guó)古生物學(xué)家仔細(xì)查驗(yàn)了現(xiàn)生無(wú)頜類(lèi)和早期有頜類(lèi)中所有盾皮魚(yú)類(lèi)、棘魚(yú)類(lèi)、軟骨魚(yú)類(lèi)和硬骨魚(yú)類(lèi)的化石，也沒(méi)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(duì)就在浙江長(zhǎng)興志留紀(jì)地層中開(kāi)展野外工作，并在這里找到了一種最為原始的真盔甲魚(yú)化石，被命名為曙魚(yú)（Shuyu）。2006年，研究團(tuán)隊(duì)把曙魚(yú)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(wú)損掃描。之后又應(yīng)用三維重建軟件對(duì)曙魚(yú)的腦顱進(jìn)行三維虛擬復(fù)原，前后歷時(shí)5年總共完成了七件曙魚(yú)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(yú)所有腦區(qū)、感覺(jué)器官及頭部神經(jīng)與血管的通道。

寬甲魚(yú)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(yú)類(lèi)用來(lái)呼吸的鰓（蓋志琨攝）

此次研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)對(duì)曙魚(yú)腦顱三維虛擬模型的深入研究發(fā)現(xiàn)，盔甲魚(yú)類(lèi)所謂的鰓間脊實(shí)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(duì)骨甲魚(yú)類(lèi)的推測(cè)如出一轍，也就是說(shuō)盔甲魚(yú)類(lèi)的鰓弓跟腦顱愈合成一個(gè)主要起防護(hù)作用的頭甲，這又跟龜鱉類(lèi)的肋骨擴(kuò)大愈合成龜甲有著異曲同工之妙。同時(shí)，曙魚(yú)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(yú)眼睛后面的一個(gè)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(yú)的舌頜囊還是一個(gè)未退化的鰓囊，但是要想證明它是一個(gè)具有正常呼吸功能的鰓，還缺少整個(gè)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(duì)又在云南曲靖早泥盆世地層開(kāi)展了長(zhǎng)達(dá)數(shù)年的野外發(fā)掘工作。云南曲靖素有“古魚(yú)王國(guó)”和“4億年前人類(lèi)遠(yuǎn)祖發(fā)源地”之稱(chēng)，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(dòng)物化石寶庫(kù)之一，也是古脊椎動(dòng)物特別是古魚(yú)類(lèi)學(xué)家開(kāi)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(kù)附近西山村組深灰色粉砂巖中首次采集到了第一個(gè)在眼睛后第一鰓囊中完整保存鰓絲印痕的寬甲魚(yú)的新材料，從而進(jìn)一步證明了盔甲魚(yú)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(dòng)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(duì)綜述了噴水孔從無(wú)頜類(lèi)到四足動(dòng)物的演化歷程，從而建立起了噴水孔從無(wú)頜類(lèi)的鰓到人類(lèi)中耳的演化序列。所有證據(jù)都表明，早期硬骨魚(yú)類(lèi)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(yú)類(lèi)離開(kāi)水域，登上陸地呼吸空氣的一種預(yù)適應(yīng)特征，從而為魚(yú)類(lèi)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(yú)類(lèi)的起源（如肯氏魚(yú)），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(yú)類(lèi)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(dòng)物，面臨著一個(gè)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(guò)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(lèi)的中耳，演化為人類(lèi)中耳的三塊聽(tīng)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?lèi)最終擁有了靈敏的聽(tīng)覺(jué)。

如果不是這些史前魚(yú)類(lèi)通過(guò)頭頂噴水孔呼吸空氣的大膽試驗(yàn)，我們可能永遠(yuǎn)不會(huì)演化出如此敏銳的聽(tīng)覺(jué)。如果你捏上鼻子，并閉上嘴使勁鼓氣的話， 你會(huì)感到耳朵的鼓膜非常脹，這說(shuō)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(lái)的咽鼓管。如今咽鼓管就像我們的盲腸一樣，貌似已經(jīng)沒(méi)有什么功能了，但它卻曾經(jīng)是魚(yú)類(lèi)呼吸的主要通道，如今卻成了魚(yú)類(lèi)遺留給我們的演化殘跡。換句話說(shuō)，魚(yú)祖先曾經(jīng)用我們的耳朵來(lái)呼吸，生物演化就是如此的奇妙！

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