人類中耳由魚鰓演變而來

●潤語 編

人類是從古猿進化而來，這是現(xiàn)代科學(xué)界普遍認同的觀點。但除這一觀點之外，還有一部分科學(xué)家認為，人類的祖先是魚。

在科學(xué)家看來，地球上所有的哺乳動物的共同祖先是合弓動物，作為爬行動物的一個類群，最初它們也是從水里出來的兩棲類的后代，再往前推算，兩棲類動物又是由肉鰭魚類進化而來的。也許，人類在某些方面還真的帶有魚的特點?？茖W(xué)家首證：人類中耳由魚鰓演變而來。

人類的中耳

底棲魚類的噴水孔

人能夠擁有如此靈敏的聽力，是因為有中耳的存在，中耳處于內(nèi)外耳之間，是聲波傳導(dǎo)的主要部分。中耳的主要組成部分是鼓室、咽鼓管、乳突竇和乳突小房，其中鼓室是最重要的部分，并且還包含3塊聽小骨。而咽鼓管就是連接鼓室和鼻咽部的管道，一般情況下咽口和其中的軟骨部都處于閉合狀態(tài)。只有在進行吞咽、打哈欠和唱歌等類似的活動時，才會打開讓空氣進去，保持鼓膜兩側(cè)壓力的平衡，這樣就可以維持鼓膜正常的振動。而在此次的研究發(fā)現(xiàn)中，科學(xué)家就從遠古魚類的演化殘跡里，發(fā)現(xiàn)了咽鼓管和中耳的聯(lián)系。

魚類的噴水孔

事實上，早在幾個世紀之前，科學(xué)家就已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了魚類和現(xiàn)代物種之間具有密切聯(lián)系。

甚至早前就有充分的胚胎和化石證據(jù)表明，人類中耳由魚類的噴水孔演化而來。但是經(jīng)過百余年的研究，科學(xué)家們始終沒有找到噴水孔從何而來的答案。

大家可能要問，噴水孔不是一些魚類用來呼吸的器官嗎，和人類的中耳又有什么關(guān)系？我們先來看看噴水孔對魚類的重要性。

多鰭魚

在現(xiàn)生的底棲軟骨魚中，它們沒有骨質(zhì)的鰓蓋，所以無法通過口腔與鰓蓋交替開閉完成呼吸。比如角鯊、鏟鼻鯊和犁頭鯊等。它們需要從海底沙子中獲得食物，甚至有些還經(jīng)常藏在海底的沙子中捕獲獵物。這個時候，它們既沒有辦法用口腔呼吸，也沒有辦法像大白鯊等進行沖擊呼吸，于是它們就會使用眼睛后面的噴水孔呼吸。而噴水孔內(nèi)部有頜弓、舌弓以及位于二者之間的舌頜囊，三者共同作用下，使得噴水孔具有吸水或吸進空氣的作用。所以噴水孔對于這些底棲魚類十分重要，它們甚至在進食的時候都可以呼吸。其中多鰭魚就是現(xiàn)今所有魚類中，使用噴水孔進行呼吸最得心應(yīng)手的一種原始魚。實驗證明，當魚缸被罩住時，多鰭魚吸入的空氣中，有93%來自噴水孔，當把罩子取下之后，只有40%左右的空氣來自噴水孔。

而實際上，關(guān)于爬行動物、哺乳動物由魚演化而來的研究中，證據(jù)都指向多鰭魚?？茖W(xué)家杰弗里·圣西蘭在1789年第一次發(fā)現(xiàn)這種魚的存在，經(jīng)過研究，發(fā)現(xiàn)多鰭魚鰭條中只有一根中軸骨。由此圣西蘭還建立了魚到哺乳動物比較解剖的序列，最早將魚和四足動物，以及人類聯(lián)系在一起。

化石立大功

在這些研究中，科學(xué)家們通過化石，發(fā)現(xiàn)了人類器官演化和魚類器官的關(guān)系。國際學(xué)術(shù)期刊《生態(tài)和演化前沿》發(fā)表的最新研究成果，也首次解釋了人類中耳由魚鰓演變而來。其中論文的第一、第二作者分別是中國科學(xué)院研究員蓋志琨和中國科學(xué)院院士朱敏。

這些化石，是科學(xué)家近20年來，先后在浙江長興、云南曲靖找到的，分別是4億多年前的曙魚和第一鰓囊中完整保存鰓絲印痕的寬甲魚化石。

曙魚化石提供關(guān)鍵證據(jù)

曙魚化石是一種最為原始的真盔甲魚化石，屬于具有三維立體軟骨腦顱保護的珍貴樣本，盡管只有人的指甲蓋那么大。

中國科學(xué)家團隊，將這些化石拿到瑞士蘇黎世的瑞士光源，進行無損掃描。隨后應(yīng)用三維重建軟件對曙魚的腦顱進行三維虛擬復(fù)原，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。整個復(fù)原過程歷時五年，結(jié)果讓科學(xué)家們十分驚訝。

其中最重要的一點，就是在曙魚腦神經(jīng)的精準復(fù)原中，發(fā)現(xiàn)了第一鰓囊的存在，并沒有得到其中是否有鰓絲的證據(jù)。這些化石為解開脊椎動物頜的起源提供了關(guān)鍵證據(jù)，也為解開噴水孔的起源立下了汗馬功勞。

發(fā)現(xiàn)于浙江長興的4.38億年前的曙魚腦顱化石

發(fā)現(xiàn)于云南曲靖的4.1億年前的寬甲魚化石，保存了鰓絲的結(jié)構(gòu)。

第一鰓囊中的鰓絲證據(jù)

得到如此有力的證據(jù)后，為了進一步探索最后的謎底，研究團隊開始前往云南曲靖早泥盆世地層，開始了長達數(shù)年的化石發(fā)掘。云南曲靖地處云貴高原，曾經(jīng)在志留紀到泥盆紀時期出現(xiàn)過海洋，因此這里素有“古魚王國”和“4億年前人類遠祖發(fā)源地”之稱。終于在2017年，國家重大水利工程在曲靖面店水庫附近，挖掘出了大量的西山組深灰色粉砂巖。而第一個完整保存鰓絲印痕的寬甲魚化石材料，就是從這些砂巖中找到的。該化石進一步證明了盔甲魚眼睛后的第一鰓囊，擁有具有正常呼吸功能的鰓，并且可以通過鰓絲進行氧氣交換。從而證明了魚類等脊椎動物的噴水孔起源于退化的鰓，也就是說，人類的中耳就是從魚鰓演變而來的。

魚鰓如何演變成中耳

那么噴水孔究竟是如何一步一步從呼吸器官演變成聽力器官的呢？研究團隊為我們構(gòu)建了噴水孔從硬骨魚向四足動物的演化歷程，并由此建立了噴水孔從無頜類的鰓到人類中耳的演化序列。

目前現(xiàn)生的硬骨魚中，已經(jīng)有99%的真骨魚類在演變的過程中把噴水孔丟失了，只有少數(shù)最原始的種群，比如前面提到的多鰭魚還存在。在現(xiàn)今發(fā)現(xiàn)的化石證據(jù)可以表明，早期硬骨魚類在水中可以用噴水孔和嘴進行呼吸。

魚類演化為四足動物

當?shù)谝慌怫掫~類向四足動物演化的時候，它們的噴水孔可以幫助其離開水域，并在登上陸地后，為呼吸空氣進行一種預(yù)適應(yīng)。

隨后在2004年，科學(xué)家朱敏在對云南曲靖發(fā)現(xiàn)的一種最原始的四足形魚類——肯氏魚化石的研究中，發(fā)現(xiàn)他們的上頜骨和前頜骨裂開，重新組合后，最終發(fā)現(xiàn)魚類的外鼻孔經(jīng)過斷裂帶深入口腔后形成內(nèi)鼻孔。

在這之后，魚類才真的開始用鼻孔呼吸，而此時噴水孔呼吸的作用逐漸下降。隨著不斷對陸地環(huán)境的適應(yīng)，四足動物不得不發(fā)展新的感官。于是它們開始對自己的噴水孔進行修飾，使之逐漸演化成中耳腔，也就是鼓膜室。隨后舌頜骨和相連的方骨和關(guān)節(jié)骨，也開始逐漸變小，最終進入中耳。這就是在中耳中發(fā)揮巨大作用的三塊聽小骨——鐙骨、錘骨和砧骨。最后這些器官不斷優(yōu)化，四足動物不斷演化，才最終形成了人類現(xiàn)在的中耳。

盡管我們可能覺得咽鼓管的功能并沒有很大，但是它曾經(jīng)是魚類重要的呼吸通道，也側(cè)面說明了噴水孔從呼吸器官逐漸演變?yōu)槁犛X器官的神奇之處。由此可見，生物的演變真是一個奇妙的過程。