中新網(wǎng)北京4月4日電 (記者 孫自法)在從爬行動物到哺乳動物的進化過程中，有兩個最為重要的形態(tài)和功能變化，表現(xiàn)在牙齒從簡單到復(fù)雜以增加食物的攝取能力、下頜頭骨關(guān)節(jié)變?yōu)橹卸牴墙M合以提高聽覺效力，二者如何演化備受學(xué)界關(guān)注。
中國科學(xué)院古脊椎動物與古人類研究所(古脊椎所)發(fā)布消息說，該所毛方園研究員、張馳研究員聯(lián)合內(nèi)蒙古自然博物館、云南祿豐自然資源局和楚雄化石研究中心以及美國、澳大利亞的科研同行，通過對三件采自中國云南、內(nèi)蒙古的侏羅紀(jì)哺乳動物化石的合作研究，最新揭示出哺乳動物最早的牙齒分化、中耳和頜關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)化，為哺乳動物同源關(guān)系研究提供新的視角，并重塑了早期哺乳動物的系統(tǒng)發(fā)育過程。
中國科學(xué)院古脊椎所毛方園研究員介紹本次研究成果。中新網(wǎng)記者 孫自法 攝這一揭秘并改寫早期哺乳動物牙齒、耳朵演化結(jié)構(gòu)的古生物研究突破性進展的兩篇成果論文，北京時間4月3日深夜在國際著名學(xué)術(shù)期刊《自然》同期上線發(fā)表。
改寫哺乳動物生命樹早期演化結(jié)構(gòu)
毛方園研究員是這兩篇論文的第一作者和共同通訊作者，她接受記者采訪介紹說，蜀獸是侏羅紀(jì)早期小型哺乳動物，具有特殊的假磨楔齒，即其下臼齒三角座前面有一個“假跟座”(盆狀結(jié)構(gòu))。相比之下，哺乳動物的磨牙具有磨楔齒，其跟座位于三角座后面，接收上臼齒的原尖，并與上牙形成精確咬合，用于食物的加工/咀嚼。
蜀獸曾在系統(tǒng)發(fā)育上與南方磨楔齒獸(包括現(xiàn)存的單孔目動物和近親)關(guān)系更近，但這種系統(tǒng)關(guān)系存有爭議，并且在哺乳動物的研究中留下一些形態(tài)學(xué)、古地理和功能等方面令人困惑的問題。
周氏近柱齒獸生態(tài)重建圖(趙闖/繪)。中國科學(xué)院古脊椎所/供圖毛方園指出，在第一篇論文中，研究人員對內(nèi)蒙古道虎溝中侏羅世(約1.68億-1.64億年前)的兩塊化石標(biāo)本進行深入研究，建立蜀獸的一個新屬種，為紀(jì)念著名古生物學(xué)家周明鎮(zhèn)院士命名為“周氏近柱齒獸”。
根據(jù)完整的牙列、咬合關(guān)系和牙齒序列同源性的證據(jù)，他們提出一種新的解釋：蜀獸的假磨楔齒實際上與另一種已滅絕的哺乳動物柱齒獸的臼齒模式是同源的。
根據(jù)修正后牙齒特征重建的系統(tǒng)發(fā)育分析結(jié)果表明，一個類似摩根齒獸的祖先獨立演化產(chǎn)生三個主要的哺乳動物類群——柱齒形獸(包括柱齒獸和蜀獸)、異獸和全獸(包括對稱齒獸、獸類和近親)。同時，早期哺乳動物臼齒進化方向是由類似于摩根齒獸的三尖一排的牙齒形式，在三個大類中以不同的方式逐漸變寬變復(fù)雜，以適應(yīng)更有效的食物加工。
哺乳動物系統(tǒng)發(fā)育框架及主要支系牙齒演化示意圖。毛方園/供圖這三個類群牙齒演化的基本特征，是臼齒在摩根獸類的三尖齒祖先形態(tài)上，通過三個方向上的不同方式的增寬及復(fù)雜化。盡管三種類型演化路徑不同，但都增加了牙齒咬合的尖脊和磨蝕面，形成更多、更有效的剪切、擠壓研磨功能，提高了處理食物的效率。
毛方園表示，這三個類群中，只有具磨楔齒的支系最終成功演化成為今天地球上占有統(tǒng)治地位的哺乳動物冠群。周氏近柱齒獸化石研究，對單孔類(現(xiàn)生動物代表如鴨嘴獸等)起源提出新的觀點，改寫了哺乳動物生命樹早期演化的結(jié)構(gòu)，將對早期哺乳動物的演化和系統(tǒng)發(fā)育格局產(chǎn)生深遠影響。
為哺乳動物中耳演化提供最強證據(jù)
毛方園說，哺乳動物頜關(guān)節(jié)和中耳演化過程，是脊椎動物漸進演化最為經(jīng)典，也是研究最為深入的例子。從爬行動物的方骨-關(guān)節(jié)骨的頜關(guān)節(jié)到哺乳動物中耳的砧骨-錘骨的演化過程，體現(xiàn)出脊椎動物演化的一個漫長而復(fù)雜的過程。
本次研究發(fā)表的第二篇論文，在云南祿豐早侏羅世(約2.01億-1.84億年前)更原始的類似摩根齒獸的哺乳動物化石中研究發(fā)現(xiàn)一個新屬種，為致敬著名古生物學(xué)家楊鐘健院士命名為“楊氏滇尖齒獸”。
中國科學(xué)院古脊椎所毛方園研究員展示介紹本次研究的楊氏滇尖齒獸化石標(biāo)本。中新網(wǎng)記者 孫自法 攝研究團隊通過對楊氏滇尖齒獸、周氏近柱齒獸兩件化石的詳細研究，獲得迄今為止中生代哺乳動物中保存最為完整的下頜中耳結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)從摩根獸的雙頜骨關(guān)節(jié)到遼尖齒獸所代表的過渡型中耳原始頜關(guān)節(jié)中丟失的演化證據(jù)。
毛方園表示，這兩件新屬種化石研究結(jié)果，有力支持哺乳動物中耳漸進演化的觀點。楊氏滇尖齒獸下頜中耳的形態(tài)，填補了摩爾根獸很多保存不全的特征。新的研究表明，同出于祿豐動物群，楊氏滇尖齒獸在下頜中耳上表現(xiàn)出來了比摩根齒獸更進步的特征，而燕遼生物群的周氏近柱齒獸代表了更為進步的一個演化階段。
楊氏滇尖齒獸生態(tài)重建圖(趙闖/繪)。中國科學(xué)院古脊椎所/供圖在已有的系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系下，本次研究集合從燕遼、熱河生物群不同階段最有代表性的一系列化石研究結(jié)果，對哺乳動物中耳演化這個經(jīng)典問題，提出迄今為止最有說服力的古生物學(xué)證據(jù)，并建立以中國材料為基礎(chǔ)的中耳漸進演化假說的模型。
以此為基礎(chǔ)，研究團隊提出“體系轉(zhuǎn)化”的概念，即哺乳動物中耳的形成，不是單個特征或者某個局部的變化，而是一個體系的變化，取食和聽力的結(jié)構(gòu)和功能轉(zhuǎn)換和完善，涉及牙齒、下頜、頭骨、內(nèi)耳以及相關(guān)肌肉、神經(jīng)等軟體組織諸多方面。
哺乳動物中耳漸進演化系統(tǒng)框架及頜關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)移示意圖。毛方園/供圖“對這個過程的新認識，有力支持并豐富了哺乳動物中耳演化這個脊椎動物中漸進演化的經(jīng)典例子。這個結(jié)果和同期發(fā)表的有關(guān)牙齒演化的成果，將會促進中生代哺乳動物乃至整個早期哺乳動物演化的研究，翻開一個新的篇章�！泵綀@總結(jié)說。(完)