2017年，一塊來自內蒙古的化石被送到毛方園手里，請她做進一步研究鑒定。受限于當初的CT掃描技術，這塊化石很快就“無功而返”。4年后，毛方園又重新接觸到這塊標本和另一塊屬于同一類的標本，這次她有了意外的收獲。
4月3日，中國科學院古脊椎動物與古人類研究所（以下簡稱古脊椎所）研究員毛方園和美國自然歷史博物館研究員孟津等人在《自然》連發兩篇論文，其中一篇文章就以這兩塊產自內蒙古道虎溝中侏羅紀的蜀獸類標本為對象，研究建立了新屬新種——周氏近柱齒獸，并歸入到蜀獸科中。
同期發表的另一篇文章依據從祿豐早侏羅的一個類似摩根獸的標本，建立了一個新種——楊氏滇尖齒獸。毛方園等人結合上述兩塊來自內蒙古的化石，對哺乳形動物從雙頜關節到中耳聽骨開展研究，進而提出哺乳動物中耳的形成是一個體系的變化。
“1+1>2，這兩篇論文的同期發表不僅是為了吸引關注，也完整地詮釋了我們對這3塊化石的研究成果，如果分開發表就會存在缺陷、留有遺憾。”毛方園告訴《中國科學報》。
“認親”爭議近40年
研究發現，在現生哺乳動物漫長的進化歷程中，牙齒的形狀和大小呈現出多樣性，但都源自一種叫做磨楔齒的牙齒模式。
什么是磨楔齒？毛方園解釋道，在哺乳動物進化過程中，上臼齒（口腔后側的磨牙）三角座（由原尖、前尖和后尖構成）上的原尖出現后，相對應的下臼齒三角座后端的盆形跟座也隨之發育。在咬合過程中，上原尖咬在下跟座里，上下齒尖、齒脊間既有剪切，又有擠壓研磨功能，形成哺乳動物特有的高效處理消化食物的方式。
尋找化石的這些牙齒特征成為鑒定同源關系，即哺乳動物“認親”的關鍵要素。
1982年，中國科學院院士、時任古脊椎所所長周明鎮和澳大利亞維多利亞博物館資深研究員Thomas Rich合作，報道了產自四川自貢地區侏羅系一段帶頰齒的下頜標本，由此建立董氏蜀獸。
這兩位合作者還發現，蜀獸具有特殊的下臼齒，跟座位于三角座的前端而非后端，于是提出了假跟座和假磨楔齒概念，并根據中國文化中陰陽相對的哲學觀念，建立了兩個亞綱級別的分類單元——陽獸和陰獸，具有傳統磨楔齒的獸類為陽，具假磨楔齒的蜀獸類為陰。
“陰陽獸類的差別主要表現為不同的咬合模式和分類系統。”毛方園告訴《中國科學報》，“假磨楔齒概念的提出后，引發學術界近40年的討論和爭議，主要圍繞哺乳動物早期演化和高階元分類系統發育。”
其中一種觀點認為，蜀獸與南方磨楔齒類（起源和分化于澳洲的哺乳動物和現生單孔類動物）的關系最近，Thomas Rich曾經對此也表示認同。然而，有些學者并不認同，他們發現，蜀獸牙齒和南方磨楔齒類的差別巨大，從形態、功能和演化上都存在無法解釋的難點。
與此同時，學術界對蜀獸與柱齒獸（侏羅紀時期的一種哺乳動物）的同源關系也存爭議。有觀點認為，蜀獸假跟座的牙齒特征與柱齒獸類相對應，因此將蜀獸歸入到柱齒獸類。還有觀點認為，蜀獸具有和磨楔齒一樣的三角座，而柱齒獸不存在三角座，因此柱齒獸的假跟座和蜀獸的假跟座是獨立起源的。
新解釋獲得原作者認可
為解決圍繞蜀獸，柱齒獸，以及南方磨楔齒類牙齒特征和同源性的爭議和不確定性，這些年來，毛方園孟津等人一直在尋找更有說服力的證據。
當毛方園再次見到這兩塊來自內蒙古道虎溝的化石，她有了重要發現，最后的鑒定結果也給予印證——這兩塊化石都是不常見的陰獸中的蜀獸。
周氏近柱齒獸正、副型標本 毛方園供圖
“鑒于化石的保存情況，加上我們希望尋找的相關形態結構非常小，只有幾毫米，用肉眼很難識別和鑒定，因此需要借助不同的高精度CT開展多次掃描，才能找到我們需要的數據。”論文通訊作者之一孟津向《中國科學報》講訴了化石鑒定的不易。
這項研究發現，蜀獸與南方磨楔齒類不是“近親”，它們的系統發育關系相隔很遠；根據假磨楔齒特征，蜀獸和傳統柱齒獸是近裔，被劃入一個新的支系，命名為柱齒獸形類。
“這些根據齒列同源性獲取的新證據推翻了Thomas Rich等人當年的結論，我們請Thomas Rich先生給予核實并加入研究，他認可了我們對假磨楔齒的全新解釋。鑒于雙方對周明鎮先生的懷念，我們建立了新屬新種——周氏近柱齒獸，命名致敬周明鎮先生。”毛方園告訴記者。
周氏近柱齒獸生態重建圖 趙闖繪
談及這項成果的重要性，毛方園表示，研究重新解釋了很多特征并糾正了一些同源關系不清楚的特征，重建了全新的哺乳形動物系統發育框架，提出了早期哺乳形動物演化的三個主要方向，將對早期哺乳動物的演化和系統發育格局產生深遠影響。
填補中耳演化缺失環節
除了牙齒的重要發現，毛方園等人還報道了周氏近柱齒獸下頜中耳的研究進展，于是有了另外一篇發表于《自然》的論文。
“哺乳動物頜關節和中耳演化過程，是脊椎動物漸進演化最經典的例子。”毛方園向《中國科學報》介紹了頜關節和中耳研究的重要性，從爬行動物的方骨-關節骨的頜關節到哺乳動物中耳的砧骨-錘骨的演化過程，體現了脊椎動物演化中一個漫長而復雜的過程，也吸引了很多研究者的關注。
早在50年前，就有研究人員通過產自云南祿豐的摩根齒獸標本，發現摩根齒獸頭骨-頜骨雙頜關節，雙頜關節外側是哺乳動物的齒骨-鱗骨關節，內側是關節骨-方骨的爬行動物關節，由此形成了哺乳動物中耳漸進演化的重要節點和假說。
“前人的這個假說方向非常準確，但缺失很多演化環節的化石證據，我們這次研究的3塊化石可以填補相關缺失的證據。”毛方園向《中國科學報》展示第3塊化石標本——楊氏滇尖齒獸，取名致敬在祿豐做了大量脊椎動物工作的中國科學院院士楊鐘健。
毛方園介紹：“這是一塊產自祿豐早侏羅的一個類似摩根獸的標本，用肉眼很難看清骨頭和關節，我們通過高精度CT掃描，不僅獲得了近于完整的三維復原的頭骨和牙齒數據，還恢復了左右兩側下頜中耳結構。”
相比楊氏滇尖齒獸，周氏近柱齒獸代表了更為進步的一個演化階段，毛方園等人將這3塊標本證據串聯起來，展現了迄今為止中生代哺乳形動物中保存最為完整的下頜中耳結構，加上之前發表的遼尖齒獸和源掠獸的過渡型中耳，為中耳原始頜關節的缺失提供了演化證據鏈。
在上述研究基礎上，研究人員提出了“體系轉化”的概念。毛方園解釋道，哺乳動物中耳的形成，不是單個特征或者某個局部的變化，而是一個體系的變化，取食和聽力的結構和功能轉換和完善，涉及牙齒、下頜、頭骨、內耳以及相關肌肉、神經等軟體組織諸多方面。
毛方園表示，關于牙齒和中耳演化的兩篇論文能同期發表，不僅完整介紹了我們的研究成果，還將促進中生代哺乳動物乃至整個早期哺乳動物演化的研究。
來自祿豐早侏羅的一個類似摩根獸的標本 沈春蕾攝
楊氏滇尖齒獸生態重建圖 趙闖繪
相關論文信息：
https://doi.org/10.1038/s41586-024-07258-7
https://doi.org/10.1038/s41586-024-07235-0
本文鏈接：3塊化石引發牙齒和耳朵的“認親”研究http://m.sq15.cn/show-11-4651-0.html
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