古代魚類顎骨最後演化成人類中耳的一部分

作者 | 發布日期 2017 年 10 月 22 日 0:00 | 分類 3D列印 , 生物科技 , 自然科學 follow us in feedly

來自澳洲國立大學(The Australian National University,ANU)的研究團隊在 4 億年前的魚類化石顎骨發現了和人類演化的關連。這項研究已經發表於科學期刊《Scientific Reports》。



這件化石是在澳洲坎培拉西北約 50 公里外的巴林賈克湖附近古老的石灰岩中發現,該處除了蘊含大量貝類及珊瑚化石,也是稀有的盾皮魚綱(placoderms)物種化石分布地點。

盾皮魚是生活於 4 億年前,介於古生代志留紀(Silurian)與泥盆紀(Devonian)之間的脊椎動物,在全球都有分布,是最早的有頷魚類。

這項研究的共同作者、澳洲國立大學地球科學研究院(the ANU Research School of Earth Sciences)博士後研究員 Yuzhi Hu (見首圖)表示,這件化石是目前發現保存最好的盾皮魚腦殼化石,研究團隊發現其中的古代魚類顎骨結構在人類身體結構中仍然保存著。古代魚類的顎骨關節後來演化為人類中耳的一部分。

研究團隊首創以高顯像電腦斷層掃描研究古代魚類化石腦殼,並以 3D 列印方式模擬其顎骨結構。這也是首次以電腦斷層掃描結果分析並重建盾皮魚顎骨內部軟骨結構,研究團隊發現顎骨周圍關節的構造與先前認為的不同。

這件保存非常良好的化石,讓研究團隊能夠根據化石中的凹槽重現顎骨及腦部的血液供應系統。這項研究的共同作者澳洲國立大學應用數學研究所的 Gavin Young 博士表示,血液的流動方向與主要動脈的位置有關。

人類以及其他哺乳類的頸動脈將血液經由頸部帶往頭部,以供應頭部所需的氧氣。研究團隊發現在這件化石的底部有凹槽的交叉點,也就表示這一個區域相當於人類的外頸動脈(external carotid artery),血液流向反方向。這個部分是提供內頸動脈(internal carotid artery)含氧血的主要來源,而內頸動脈會在這裡形成凹槽進入顱腔。

已經滅絕的盾皮魚在先前一直認為是演化的其中一支旁支,直到近年 Jing Lu 博士到澳洲國立大學前在北京所做的研究,研究了在中國找到的盾皮魚顎骨化石,才改變了這樣的說法。Lu 博士目前任職於澳洲國立大學物理及工程學院應用數學研究所。他解釋,人類的上頜骨是構成上顎的部位,而這個構造在中國的盾皮魚化石也有出現,代表盾皮魚和人類在演化上的關係比我們想像中來得更近。但在當時找到的中國盾皮魚化石,化石內部以軟骨組織為主的結構保存並不完整,所以直到後來在巴林賈克湖發現了保存更完整的化石,才得以更進一步研究。

Lu 博士再次強調這件保存良好的化石對研究的助益,很少有化石能將複雜的細節構造保存得如此完整,讓研究者藉此重建滅絕許久的物種構造。也由於國際科學家的合作,才得以解開這項具革新意義的有頜類脊椎動物演化發現。

(圖片來源:ANU)