新研究颠覆了对哺乳动物耳朵进化的认识

海牛是非洲裔哺乳动物，是严格意义上的水生动物。 它们与唯一一类严格意义上的水生哺乳动物--鲸鱼和海豚--只有很远的亲缘关系。 海牛和鲸鱼（包括海豚）是独立进化出水生生活方式的，因为它们最后的共同祖先是陆生动物。

这项研究由维也纳大学的妮可-格伦斯特拉（Nicole Grunstra）和康拉德-洛伦兹进化与认知研究所（KLI）的安妮-勒梅特尔（Anne Le Maître）领导的国际研究小组进行，最近发表在著名期刊Nature Communications上。

海豚也是严格的水生动物，因此在生态学和游泳运动方式上与海牛非常相似。 不过，它们与海牛的亲缘关系非常远。 图片来源：Bild verfügbar unter einer CC0 Lizenz

内耳的多样性和适应性

脊椎动物的内耳位于骨质头骨内，负责听觉和平衡。 长期以来，人们一直认为动物内耳复杂形状的多样性反映了对不同环境和运动行为的适应。 与此同时，内耳的形状也能追踪进化的后裔，近缘物种往往比远缘物种具有更相似的内耳形状。 这表明，中性（非适应性）进化在塑造内耳形态方面的作用可能比以前认为的更为重要。 研究小组对多种哺乳动物内耳的新研究为这一问题提供了新的见解。

内耳是听觉和平衡器官，其骨质成型的形状（此处以小鼠鹿耳为代表，并有捕捉形状的地标）。 在格伦斯特拉等人的研究中，共对 40 种哺乳动物的内耳形状进行了比较。海牛、金鼹鼠、天牛和树鬣狗都属于非驴非马类，这是一个在形态和生态上都非常多样化的哺乳动物群体。 某一非洲黑线猿物种的内耳形状，与环境相同的远缘非非洲黑线猿哺乳动物（如海牛和海豚，它们都是严格意义上的水生动物）相比，与近缘物种（如海牛和大象）更为相似。 资料来源：Anne Le Maître

由进化生物学家和古生物学家（包括来自维也纳自然历史博物馆的研究人员）组成的团队研究了非洲猿的内耳形状。 该动物群由在解剖结构和栖息地方面差异巨大的相关哺乳动物组成，包括土豚、大象、鼹鼠、鬣狗、啮齿类象鼩和海牛。

研究人员将它们的耳朵形状与其他在解剖学、生态学和/或运动行为方面类似，但与它们只有非常远的亲缘关系的哺乳动物进行了比较，如食蚁兽、鼹鼠、啮齿动物、刺猬和海豚。 研究小组对博物馆收藏的头骨进行了 X 射线显微层析，并从中重建了内耳的虚拟三维模型。 然后，他们比较了非洲猿人及其同类的内耳形状，并分析了耳朵形状与栖息地和运动的关系。

第一作者、维也纳大学的尼科尔-格伦斯特拉（Nicole Grunstra）解释说："我们发现，相似物种之间的内耳形状比非相似物种之间的内耳形状更相似，即使后者拥有更近的共同祖先，因此亲缘关系更近。 例如，海牛的耳朵形状不像大象或鬣狗（近亲非洲动物）的耳朵形状，而更像海豚（远亲哺乳动物）的耳朵形状。 这种形状的相似性是为了适应严格的水生环境。"

这项研究还发现，在其他具有相同环境或进食策略的远亲物种中，例如在地下物种或生活在树上的物种中，也有类似的耳形。资深作者安妮-勒马特尔（Anne Le Maître）解释说："我们还能够证明，生态形态相似的哺乳动物进化出相似的耳形，是为了适应共同的生态位或运动方式，而不是偶然的。 这是趋同进化的有力证据，在这一过程中，祖先不同的耳形由于共同的选择压力而独立进化成相似的耳形。"

这项新研究似乎与最近关于鸟类、爬行动物和某些哺乳动物的研究相矛盾，这些研究怀疑适应过程在多大程度上塑造了脊椎动物的内耳变异。 一种解释是，当比较具有不同生态策略的物种（如非洲猿和许多其他哺乳动物）时，耳形的适应性差异可能会特别明显。 另一种可能的解释是，哺乳动物的耳朵具有更高的"进化性"，即适应性进化的内在能力。

在脊椎动物中，哺乳动物的耳朵特别复杂。 与鸟类、鳄鱼或蜥蜴相比，哺乳动物的耳朵在进化过程中通过减少和改造颚骨以及随后将颚骨整合到中耳中（而在鸟类和爬行动物中，这些颚骨仍是颚骨的一部分），获得了几个额外的组成部分。 这种特殊性使哺乳动物能够探测到更广泛的声音，尤其是高音。

重要的是，它还增加了耳朵在解剖、遗传和发育方面的复杂性，理论预测这将扩大可能进化出的耳朵形状的范围。来自维也纳大学的共同第一作者菲利普-米特罗克（Philipp Mitteröcker）补充说："一个性状的遗传和发育因素增加，自然选择就有更多的旋钮可以转动，从而促进了不同适应性的进化。 在哺乳动物进化过程中，耳朵进化能力的提高可能有助于为适应新环境和运动行为铺平道路。"

编译自/SciTechDaily