近日，中科院古脊椎所蓋志琨研究員聯(lián)合中、英、瑞（瑞典）三國院士以第一作者身份在《生態(tài)和演化前沿》（Frontiers Ecology and Evolution）上發(fā)表了有關(guān)脊椎動物噴水孔起源的最新研究成果，首次揭示人類的中耳曾經(jīng)是魚類用來呼吸的鰓。

人類中耳包鼓膜室、傳導(dǎo)聲音的三塊聽小骨和通向口腔的咽鼓管等，是人類擁有靈敏聽覺的秘訣所在。 魚類的噴水孔是位于眼睛之后，頜弓和舌弓之間一個只含有假鰓的不完整鰓裂，是魚類非常重要的呼吸器官。

噴水孔從無頜類的鰓到人類中耳的演化歷程。 蓋志琨 提供，史愛娟 繪 

目前已經(jīng)有充分胚胎和化石證據(jù)證明我們的中耳是從魚類的噴水孔演化而來，而魚類的噴水孔又是從何而來？則是困擾學(xué)術(shù)界長達百年的世紀(jì)難題。

從2002年起，研究團隊就在浙江長興志留紀(jì)地層中開展野外工作，并在這里找到了一種最為原始的真盔甲魚化石，后來把它命名為曙魚（Shuyu）。這些曙魚化石都是具有三維立體軟骨腦顱保存的珍貴標(biāo)本，而且個頭而都非常的小，只有指甲蓋那么大，非常適合應(yīng)用大科學(xué)裝置同步輻射X射線顯微成像技術(shù)進行三維無損掃描。

2006年，研究團隊把曙魚的腦顱標(biāo)本帶到了位于瑞士蘇黎世的瑞士光源進行了無損掃描。 之后又應(yīng)用三維重建軟件對曙魚的腦顱進行三維虛擬復(fù)原，前后歷時5年總共完成了七件曙魚腦顱化石的三維重建，在只有指甲大小的腦顱里，幾乎重現(xiàn)了曙魚所有腦區(qū)、感覺器官及頭部神經(jīng)與血管的通道。 

在云南曲靖早泥盆世寬甲魚化石中首次發(fā)現(xiàn)鰓絲印痕，揭示我們的中耳曾經(jīng)是魚類用來呼吸的鰓。 蓋志琨 攝 

此次研究團隊通過對曙魚腦顱三維虛擬模型的深入研究發(fā)現(xiàn)，盔甲魚類所謂的鰓間脊實際上是鰓弓的背側(cè)部分。因此，鰓囊數(shù)目、拓?fù)鋵W(xué)、形態(tài)學(xué)和神經(jīng)支配等多方面證據(jù)，均指向了盔甲魚眼睛后面的一個鰓囊就是位于頜弓和舌弓之間的舌頜囊。

但是要想證明它是一個具有正常呼吸功能的鰓，還缺少整個證據(jù)鏈條中的最后一環(huán)，即找到在該鰓囊中存在鰓絲的化石證據(jù)。

為此研究團隊又在云南曲靖早泥盆世地層開展了長達數(shù)年的野外發(fā)掘工作。 2017年，研究團隊在曲靖面店水庫附近西山村組深灰色粉砂巖中首次采集到了第一個在眼睛后第一鰓囊中完整保存鰓絲印痕的寬甲魚的新材料，從而進一步證明了盔甲魚眼睛后的第一鰓囊是具有正常呼吸功能的鰓，而非退化的噴水孔，從而為脊椎動物噴水孔的起源提供了最為確切的解剖證據(jù)和化石證據(jù)。 

魚類噴水孔向人類中耳演化的四個階段。

在此基礎(chǔ)上，研究團隊綜述了噴水孔從無頜類到四足動物的演化歷程，從而建立起了噴水孔從無頜類的鰓到人類中耳的演化序列。

證據(jù)都表明，早期硬骨魚類有能力從噴水孔中呼吸空氣，作為一種新的呼吸方式，這很可能是魚類離開水域，登上陸地呼吸空氣的一種預(yù)適應(yīng)特征，從而為魚類登上陸地呼吸空氣提供了先決條件。隨著內(nèi)鼻孔在肉鰭魚類的起源（如肯氏魚），成功打通了鼻腔與口腔的通道，鼻孔又成了主要的呼吸器官，從而為魚類登上陸地用肺呼吸，進一步奠定了基礎(chǔ)。而登上陸地的四足動物，面臨著一個全新的環(huán)境，不得不發(fā)展新的感官，以便在空氣中更好地生存。 這樣已經(jīng)失去呼吸功能的噴水孔，經(jīng)過修飾，逐漸演化成人類的中耳腔——鼓膜室，而舌頜骨及與其關(guān)節(jié)的方骨和關(guān)節(jié)骨也逐漸退化變小，最終進入到人類的中耳，演化為中耳的三塊聽小骨，并被重新命名為鐙骨、錘骨和砧骨，負(fù)責(zé)將聲音傳遞給大腦，人類最終擁有了靈敏的聽覺。   

研究人士表示，如今咽鼓管就像盲腸一樣，貌似已經(jīng)沒有什么功能了，但它卻曾經(jīng)是魚類呼吸的主要通道，如今卻成了魚類遺留給我們的演化殘跡。換句話說，我們魚祖先曾經(jīng)用我們的耳朵來呼吸，生物演化就是如此的奇妙。

本研究的共同作者包括中國科學(xué)院院士朱敏，英國皇家科學(xué)院院士Philip C.J. Donoghue和 瑞典皇家科學(xué)院院士Per E. Ahlberg，該研究得到中國科學(xué)院戰(zhàn)略性科技先導(dǎo)專項，國家自然科學(xué)基金、中國科學(xué)院前沿科學(xué)重點研究計劃等項目資助。