風(fēng)聲、雨聲、讀書(shū)聲，聲聲入“中耳”。“聽(tīng)”是生物演化進(jìn)程中最美妙的事情之一。但是敏銳的聽(tīng)覺(jué)并非“天賦”，而靠演化，更需漫長(zhǎng)歷史長(zhǎng)河的“打磨”。
哺乳動(dòng)物的聽(tīng)力演化是古生物學(xué)研究之謎。我國(guó)古生物學(xué)家通過(guò)研究1.6億年前的化石，解開(kāi)了這一謎題，證實(shí)與恐龍同時(shí)代的“賊獸”已長(zhǎng)有哺乳動(dòng)物中耳。該成果于1月28日在線發(fā)表在國(guó)際期刊《自然》上。今天，我們就來(lái)解讀下這項(xiàng)具有顛覆性意義的成果。
人類耳朵是從爬行動(dòng)物進(jìn)化而來(lái)
“哺乳動(dòng)物的耳朵，是從爬行動(dòng)物的耳朵進(jìn)化而來(lái)。”論文的通訊作者、云南大學(xué)教授畢順東說(shuō)，“這是生命演化大戲中最精彩的章節(jié)，也是脊椎動(dòng)物演化史上，身體結(jié)構(gòu)由一種功能變?yōu)榱硪环N功能的經(jīng)典范例。”
哺乳動(dòng)物中耳有三塊聽(tīng)小骨——鐙骨、砧骨和錘骨，它們是哺乳動(dòng)物骨骼系統(tǒng)中最小的骨頭，是聽(tīng)覺(jué)鏈上的重要結(jié)構(gòu)，也是哺乳動(dòng)物聽(tīng)到聲音的關(guān)鍵。
“聽(tīng)見(jiàn)”的過(guò)程極其神奇。聲波從外耳進(jìn)入，通過(guò)窄窄的耳道，穿越鼓膜，到達(dá)中耳區(qū)，就會(huì)遇到錘骨、砧骨及鐙骨，這“三兄弟”在耳膜與充滿液體的內(nèi)耳間，能把聲波放大，再將聲音有效地傳遞到內(nèi)耳。我們的耳朵之所以能“聽(tīng)見(jiàn)”，就與這三塊聽(tīng)小骨有關(guān)。
而爬行動(dòng)物的中耳僅有一塊聽(tīng)小骨——鐙骨。因此，哺乳動(dòng)物比爬行動(dòng)物的聽(tīng)覺(jué)更敏銳，能感知到更細(xì)微的聲音。
爬行動(dòng)物的中耳是怎么演化為人的中耳的呢?這是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，畢順東嘗試進(jìn)行通俗的解釋——
爬行動(dòng)物的下頜與頭部相連，它們的中耳雖只有一塊鐙骨，但它們頭骨中的“方骨”和下頜中的“關(guān)節(jié)骨”形成的頜關(guān)節(jié)，卻具有咀嚼和聽(tīng)覺(jué)的雙重功能。
“簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，爬行動(dòng)物的嘴不僅能‘吃’，還能‘聽(tīng)’，它們?cè)诔詵|西時(shí)，下頜上下運(yùn)動(dòng)，會(huì)影響到聽(tīng)力，因此它們幾乎是嚼幾下就咽了，像鱷魚(yú)和蛇不能撕咬和咀嚼，只能囫圇吞下去。”畢順東說(shuō)。
在進(jìn)化為哺乳動(dòng)物的漫長(zhǎng)歲月中，爬行動(dòng)物的“方骨”和“關(guān)節(jié)骨”逐漸演變成了砧骨和錘骨，位置也從嘴部向上、向后移到了頭部，最終與鐙骨一起，形成了哺乳動(dòng)物“三骨鼎立”的聽(tīng)覺(jué)。
其實(shí)，人類也留下了爬行動(dòng)物這一特征。人類的錘骨與砧骨也是由爬行動(dòng)物的關(guān)節(jié)骨和方骨演化而來(lái)，位于中耳腔，通過(guò)耳咽管與鼻咽部相連。舉例來(lái)說(shuō)，當(dāng)人類嚼硬東西，像豌豆、蠶豆、薯片時(shí)，聽(tīng)力是會(huì)受影響的。再比如，人類感冒咳嗽、咽喉發(fā)炎時(shí)，有時(shí)也會(huì)導(dǎo)致中耳炎。而中耳炎產(chǎn)生的積液，可能會(huì)堵塞耳咽管，影響聽(tīng)力，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)簳r(shí)性失聰。
“賊獸”揭開(kāi)中耳演化之謎
那么，生物演化研究的難題來(lái)了——爬行動(dòng)物的“方骨”和“關(guān)節(jié)骨”是如何演化成哺乳動(dòng)物聽(tīng)小骨的呢?我國(guó)古生物學(xué)家通過(guò)研究河北省出土的距今約1.6億年的一件“雙缽翔齒獸”化石，解開(kāi)了生物演化這一難題。
雙缽翔齒獸是一種賊獸類動(dòng)物，與恐龍生活在同一時(shí)代，是早期哺乳動(dòng)物，樣子很像今天的松鼠。“它不僅有大尾巴，還有可以滑翔的雙翼。”該成果的第一作者、內(nèi)蒙古自然博物館館長(zhǎng)王軍有說(shuō)，“非常罕見(jiàn)的是，這一標(biāo)本的兩側(cè)保存了完整的聽(tīng)小骨和關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)，其中，砧骨僅長(zhǎng)約1毫米。”
王軍有還原出了這樣一幅圖景——這只雙缽翔齒獸生活在有大量湖泊和森林的遼西地區(qū)，突然有一天，一場(chǎng)火山爆發(fā)把它的家全覆蓋了，這只雙缽翔齒獸被完好地“封印”在了巖層中，甚至連1毫米的聽(tīng)小骨也保存了下來(lái)。1.6億年后，古生物學(xué)家在研究這些被大自然完好留存的細(xì)微結(jié)構(gòu)后發(fā)現(xiàn)，雙缽翔齒獸的聽(tīng)小骨已明顯與下頜分離，屬于典型的哺乳動(dòng)物中耳。其中，砧骨、錘骨這兩塊聽(tīng)小骨，與現(xiàn)生鴨嘴獸類一樣，是上下疊覆的關(guān)系。
聽(tīng)力，躲過(guò)大滅絕的關(guān)鍵
關(guān)于爬行動(dòng)物中耳演化為哺乳動(dòng)物中耳，學(xué)界一直存在兩種假說(shuō)。
一種是“腦顱膨脹”說(shuō)，即哺乳動(dòng)物生長(zhǎng)過(guò)程中，腦顱增大，致中耳位置后移，最終中耳脫離下頜。第二種是“負(fù)向異速生長(zhǎng)”說(shuō)，即在哺乳動(dòng)物胚胎發(fā)育早期，中耳骨骼形態(tài)相對(duì)于下頜較大，中耳骨化時(shí)間更早，因此在胚胎發(fā)育后期，隨著頭骨、下頜的長(zhǎng)大，中耳聽(tīng)小骨最終脫離下頜。
而畢順東等人對(duì)雙缽翔齒獸的研究成果，推翻了以上假說(shuō)。
“正是砧骨和錘骨上下疊覆的連接方式，允許這兩塊聽(tīng)小骨間能發(fā)生微小運(yùn)動(dòng)，從而為哺乳動(dòng)物下頜的運(yùn)動(dòng)提供了空間。”畢順東解釋說(shuō)，簡(jiǎn)單理解，這兩塊疊覆的骨頭為哺乳動(dòng)物前后、左右、上下咀嚼提供了可能。
之后的漫長(zhǎng)歲月里，這兩塊聽(tīng)小骨與下頜完全分離，并不斷縮小，進(jìn)入到中耳，專職聽(tīng)力，真正演化為哺乳動(dòng)物的聽(tīng)小骨。
“聽(tīng)小骨，終于從具有咀嚼和聽(tīng)覺(jué)雙重功能，過(guò)渡到單一聽(tīng)覺(jué)功能。而強(qiáng)大的聽(tīng)力，也為哺乳動(dòng)物躲避天敵提供了預(yù)警保護(hù)?？梢哉f(shuō)，哺乳動(dòng)物中耳的演化，完全是自然選擇的結(jié)果。”畢順東說(shuō)。
聽(tīng)小骨雖小，卻讓人類獲得了更為敏銳的聽(tīng)力，以及對(duì)更大聲閾范圍的感應(yīng)力。畢順東說(shuō)：“聽(tīng)力的提高、聽(tīng)覺(jué)的敏銳，可能正是哺乳動(dòng)物能躲過(guò)中生代大滅絕、繁衍至今的一個(gè)關(guān)鍵原因。”(記者 岳冉冉)
