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人类鼻孔的进化起源:从鱼类外鼻孔到内鼻孔的漂移

2004-12-04 10:20 吕媛 科学网 阅读 0
核心摘要: 本文探讨了人类鼻孔的进化起源,从鱼类外鼻孔到内鼻孔的漂移过程。中国科学家朱敏和瑞典科学家佩尔·阿尔贝里通过研究云南的肯氏鱼化石,证实了内鼻孔是由外鼻孔演化而来,结束了学术界长达百年的争论。文章详细介绍了相关化石发现、科学家的研究历程以及内鼻孔形成的机制,并类比了人类胚胎发育中的兔唇现象。

你知道吗?鼻孔最初并不是用来呼吸的,它只有嗅觉功能。如今,鱼类的两对鼻孔仍然是进出水的通道,不能用于呼吸,而人类的鼻孔却发生了巨大变化,逐渐形成了一个呼吸通道。然而,学术界对人类鼻孔的起源一直争论不休。

近日,中国科学家朱敏和瑞典科学家佩尔·阿尔贝里通过研究云南境内的一种肯氏鱼化石,揭示了人类鼻孔进化的过程,结束了学术界关于鼻孔起源的争论。

人类有了内鼻孔才能依靠肺呼吸,但其起源一直是学术界争论的焦点。中国的云南曲靖,不仅是徐霞客曾多次游历之地,也是众多鱼类科学家钟情的地方。上世纪80年代初,在云南曲靖距今4亿年前形成的岩层中,发现了一种肉鳍鱼类化石。为了纪念我国古脊椎动物的奠基者、已故的杨钟健教授,科学家将其命名为杨氏鱼。

到了90年代,同样是云南曲靖,中科院古脊椎动物所研究员朱敏博士又发现了另一种肉鳍鱼——肯氏鱼。“肯氏鱼的位置很重要,它是最原始的四足形动物。”朱敏博士解释道。四足形动物,也称陆生脊椎动物,包括人类、鸟类以及两栖动物等,它们都是由鱼类进化而来的。为了适应陆地环境,四足动物的许多特征必须随之转变,例如由鳍游泳转变为四肢行走,由鳃呼吸转变为肺呼吸,并建立新的呼吸通道。

包括人类在内的所有四足动物都依靠肺呼吸,因此必须有一个与外鼻孔相通的内鼻孔,以便空气顺利进入肺部。内鼻孔形成了鼻腔和口腔之间的通道,使我们能在吃饭和睡觉时正常呼吸。内鼻孔是四足动物适应陆地生活的重要特征,但其起源过程一直是学术界的难题。

与四足动物亲缘关系最近的鱼类是肉鳍鱼类,现生种类只有四个属(非洲肺鱼、南美肺鱼、澳洲肺鱼与“活化石”拉蒂迈鱼)。研究表明,肺鱼与拉蒂迈鱼同其他鱼类一样,没有真正的内鼻孔,只有前、后两对外鼻孔。要探讨内鼻孔的起源,必须从化石中寻找证据。

一种观点认为,内鼻孔由外鼻孔演化而来;另一种观点认为,内鼻孔是新生的构造。上世纪30年代,瑞典著名古生物学家雅尔维克教授提出,内鼻孔是四足动物新生的构造,与外鼻孔无关。他认为在鱼类进化过程中,一对外鼻孔逐渐消失,而后新出现了一对内鼻孔,其证据来自孔鳞鱼类化石,它们不仅有一对内鼻孔,还有两对外鼻孔,即“三孔理论”。与此同时,也有学者提出内鼻孔是由一对外鼻孔演化而来的观点,但缺乏有力证据。

80年代初,我国著名古生物学家张弥曼院士在云南曲靖发现杨氏鱼化石,它与孔鳞鱼类有很多相似之处。张院士对杨氏鱼吻部仔细研究后发现,“杨氏鱼只有两对外鼻孔,而过去认为的内鼻孔根本不存在”。这一发现否定了“三孔理论”,但内鼻孔起源问题仍未解决。

90年代初,张院士和朱敏博士又发现了肯氏鱼化石,它生活在距今3.9亿年前,是最原始的四足形动物。比肯氏鱼更古老的鱼有两对外鼻孔,而比肯氏鱼更先进的鱼已有一对外鼻孔和一对内鼻孔,因此肯氏鱼成为鼻孔进化的关键。2000年以来,朱敏博士领导课题小组发现了大批新化石,通过对肯氏鱼的细致研究,他们发现肯氏鱼正处于从外鼻孔向内鼻孔过渡的阶段。

过去难以解释外鼻孔如何从头外侧“漂移”到内侧形成内鼻孔,以及如何跨越颌弓。肯氏鱼的内鼻孔恰好位于外鼻孔向内鼻孔“漂移”的位置,漂移时前上颌骨和上颌骨裂开,形成裂口,这正是肯氏鱼内鼻孔的位置。这为鼻孔的“漂移”提供了化石实证。这意味着在肉鳍鱼类进化中,存在上颌骨和前上颌骨裂开又重新相接的过程,为鼻孔的“漂移”提供了通道。肯氏鱼确立了内鼻孔和后外鼻孔之间的同源关系。

类似地,人类在胚胎发育初期,上腭的同样位置也会出现一个缺口,正常胎儿会在发育后期闭合,如果发育不完整,出生后就会呈现兔唇。“其实道理很简单,但一下就把争论上百年的问题结束了。”朱敏博士评价道。

拉蒂迈鱼的故事

长期以来,科学界认为总鳍鱼类早在白垩纪早期就已灭绝,但20世纪30年代末,一位名叫拉蒂迈的小姐打破了这一“死寂”。拉蒂迈小姐是一位解剖学教授的助手,经常到海边收购鱼类制作标本。1938年12月22日,她在渔港发现一条鳍长在附肢状结构上的鱼,立即买下并保存。教授回来后研究发现,这条鱼属于被认为已灭绝1.2亿年的动物,并将其命名为“拉蒂迈鱼”。

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