人类中耳曾是鱼类的鳃！我国科学家揭示脊椎动物喷水孔起源

近日，中科院古脊椎所研究员盖志琨联合我国、英国、瑞典三国院士，以第一作者身份在《生态和演化前沿》（Frontiers Ecology and Evolution）上发表了有关脊椎动物喷水孔起源的最新研究成果，首次揭示人类的中耳曾经是鱼类用来呼吸的鳃。

喷水孔从无颌类的鳃到人类中耳的演化历程（盖志琨提供，史爱娟绘）

人类中耳包鼓膜室、传导声音的三块听小骨和通向口腔的咽鼓管等，是人类拥有灵敏听觉的秘诀所在。而鱼类的喷水孔是位于眼睛之后、颌弓和舌弓之间一个只含有假鳃的不完整鳃裂，是鱼类非常重要的呼吸器官。目前已有充分胚胎和化石证据证明，人类的中耳是从鱼类的喷水孔演化而来，而鱼类喷水孔从何而来，是困扰学术界长达百年的世纪难题。

从2002年起，研究团队就在浙江长兴志留纪地层中开展野外工作，并在这里找到一种最为原始的真盔甲鱼化石——曙鱼。曙鱼化石被带到位于瑞士苏黎世的瑞士光源进行了无损扫描，并应用三维重建软件对曙鱼的脑颅进行三维虚拟复原，前后历时5年，共完成了7件曙鱼脑颅化石的三维重建，在只相当于人类指甲大小的脑颅里，几乎重现了曙鱼所有脑区、感觉器官及头部神经与血管的通道。经过分析，研究人员判断，盔甲鱼的舌颌囊还是一个未退化的鳃囊，但是要证明它是具有正常呼吸功能的鳃，证据链条中还缺少最后一环，即鳃囊中存在鳃丝的化石证据。

在云南曲靖早泥盆世宽甲鱼化石中首次发现鳃丝印痕，揭示我们的中耳曾经是鱼类用来呼吸的鳃（盖志琨摄）

为此，研究团队又在云南曲靖早泥盆世地层开展了长达数年的野外发掘工作。云南曲靖素有“古鱼王国”和“4亿年前人类远祖发源地”之称，是世界上最著名的早泥盆世脊椎动物化石宝库之一。在这里，研究团队首次采集到了首个在眼睛后第一鳃囊中完整保存鳃丝印痕的宽甲鱼新材料，进一步证明了第一鳃囊是具有正常呼吸功能的鳃，而非退化的喷水孔，为脊椎动物喷水孔的起源提供了最为确切的解剖证据和化石证据。

在此基础上，研究团队建立起了喷水孔从无颌类的鳃到人类中耳的演化序列。盔甲鱼类的舌颌囊首次发育成了一个完整的鳃囊，随后有颌类成功演化出了双鼻孔，但是双鼻孔并不与口腔相通，其只有嗅觉功能，眼后的第一鳃囊被改造成喷水孔，成为主要的呼吸器官。喷水孔在软骨鱼类中主要用来吸入水流，而在硬骨鱼类主要用来呼吸空气，这很可能是鱼类离开水域，登上陆地呼吸空气的一种预适应特征。肉鳍鱼类则成功打通了鼻腔与口腔的通道，鼻孔又成了主要的呼吸器官，从而为鱼类登上陆地用肺呼吸进一步奠定了基础。

登上陆地的四足动物面临着全新的环境，不得不发展新的感官，以便在空气中更好地生存。失去呼吸功能的喷水孔逐渐演化成中耳腔——鼓膜室，舌颌骨及其关节的方骨和关节骨也逐渐退化变小，最终进入到中耳演化为三块听小骨，并被重新命名为镫骨、锤骨和砧骨，负责将声音传递给大脑，人类最终拥有了灵敏的听觉。

“如果不是这些史前鱼类通过头顶喷水孔呼吸空气的大胆试验，我们可能永远不会演化出如此敏锐的听觉。所以在聆听美妙的音乐时，应该为演化的奇妙而喝彩！”盖志琨感慨道，“现在，人类的耳朵和口腔依然通过咽鼓管连通，它曾是鱼类呼吸的主要通道，是鱼类遗留给我们的演化残迹。换句话说，我们的鱼祖先曾经用我们的耳朵来呼吸，生物演化就是如此的奇妙！”

本研究的共同作者包括中国科学院院士朱敏，英国皇家科学院院士Philip C.J. Donoghue和瑞典皇家科学院院士Per E. Ahlberg。