來，做個小實驗。
捏住鼻子，用嘴巴鼓氣，你有什么感覺？
實驗證明你的耳朵跟口腔是相通的。
在你吞咽食物，或者打呵欠的時候，也能感覺到咽喉活動引起鼓膜的膨脹。
為什么耳朵會跟口腔連通呢？
這個問題的答案藏在一條魚的身上。揭開這個秘密的科研論文，已經(jīng)由中國、瑞典、英國三國科學(xué)家聯(lián)手發(fā)表在2022年5月的國際生物期刊《生態(tài)和演化前沿》上。
在漫長的演化路上，第一條魚從海洋爬上陸地后，成為陸地上所有脊椎動物的先祖?？茖W(xué)家逐漸在化石和胚胎中，找到人類跟魚類身體的對應(yīng)結(jié)構(gòu)。其中，最新的一個發(fā)現(xiàn)是人類中耳腔的鼓膜室，由魚鰓上的噴水孔演化而來。這個發(fā)現(xiàn)很有趣，跟大家預(yù)期的不一樣，并不是魚耳結(jié)構(gòu)演化成人類的耳朵，而是魚鰓結(jié)構(gòu)演化成為人類的耳朵。我們從頭說起。
魚類鼻孔和噴水孔的區(qū)別
5.3億年前的寒武紀(jì)，海洋里出現(xiàn)了最古老的脊椎動物。1億年后，海洋里的魚族興旺發(fā)達(dá)。
魚族分為兩大類，硬骨魚和軟骨魚。軟骨魚很少，我們最熟悉軟骨魚是鯊魚和蝠鲼。除了軟骨魚外，江河湖泊和海洋里的大多數(shù)魚類都是硬骨魚。
古代硬骨魚臉頰上的鼻孔演化成我們的呼吸結(jié)構(gòu)，鰓蓋上用來呼吸的噴水孔演化成我們的耳朵結(jié)構(gòu)。
先解釋一下，魚類的噴水孔不是鼻孔。鼻孔長在眼睛的前面，噴水孔長在眼睛的后面?，F(xiàn)代魚類鼻孔的作用不是用來呼吸，而是用來聞味道?，F(xiàn)代魚類身上的噴水孔，才是用來呼吸的。
- 魚的鼻孔
圖片上可以看到，在魚的臉頰上，眼睛的前面，每邊有兩個小洞，這是魚的鼻孔。跟我們連通身體的鼻腔不一樣，魚的鼻腔沒有接通身體內(nèi)部，它只是一個長在臉頰上的U型通道。U型通道的底部是嗅覺感受器，通道兩頭開口，這是魚類的前鼻孔和后鼻孔。水流從前鼻孔流入，后鼻孔流出，流經(jīng)通道底部時，嗅覺感受器收集水中的氣味分子，魚就能聞見味道了。
- 魚的噴水孔
魚類的噴水孔長在魚眼睛后面的鰓蓋上，位于頜弓和舌弓之間，是一個退化的鰓裂。
軟骨魚身上的噴水孔，主要用途是吸入水流。水流進入噴水孔，輔助魚類從水中吸收氧氣。而硬骨魚身上的噴水孔，可以直接用來吸入空氣，比如多鰭魚。不過現(xiàn)代硬骨魚中，不少種類的噴水孔已經(jīng)消失了。
圖片上是多鰭魚，多鰭魚擁有原始的，可以用來呼吸的肺。當(dāng)水中氧氣濃度降低時，你會看見多鰭魚冒出水面，通過頭頂上的噴水孔呼吸，發(fā)出響亮的吸氣聲。
那么現(xiàn)在問題來了，噴水孔是怎么形成的，為什么說它是退化的鰓裂？我們接著看化石證據(jù)。
浙江和云南挖掘的古魚化石證據(jù)
2002年，中科院古脊椎所研究團隊在浙江長興，挖掘出一種原始的真盔甲魚化石，取名曙魚。團隊把曙魚帶到瑞士蘇黎世進行無損掃描，然后重建了三維復(fù)原。
曙魚在眼睛后面的第一個鰓囊，是位于頜弓和舌弓之間的舌頜囊。舌頜囊跟后面的5個鰓囊完全一樣，并沒有退化的痕跡。也就是說，在現(xiàn)代魚類鰓囊退化成噴水孔的位置上，曙魚擁有一個完整的鰓囊結(jié)構(gòu)，并沒有退化成噴水孔。
2017年，研究團隊在云南曲靖，挖掘出一種寬甲魚的化石。寬甲魚化石上，在眼睛后面的第一個鰓囊中，完整地保存了鰓絲的痕跡。寬甲魚化石，進一步證實了盔甲魚眼睛后的第一鰓囊是具有正常呼吸功能的鰓，而不是退化的噴水孔。
兩種化石為噴水孔的起源提供了最確切的解剖證據(jù)。研究團隊自此基礎(chǔ)上，建立了從魚類噴水孔到人類中耳的演化序列。
古魚登陸后，鼻孔用來呼吸，噴水孔演化成中耳腔內(nèi)的咽鼓管
早期的硬骨魚通過噴水孔呼吸。
過了幾千萬年后，出現(xiàn)了肉鰭魚，比如肺魚。肉鰭魚已經(jīng)擁有了陸地生活的必備條件，有肺，不用通過鰓，能直接用肺呼吸。肉鰭魚沒有繼續(xù)用噴水孔呼吸，而是打通了外部鼻腔和口腔的連接，開始用鼻孔呼吸。
當(dāng)鼻孔變成主要的呼吸通道之后，原先進氣的噴水孔變得多余了。
登上陸地的古魚類，面臨全新的生活環(huán)境，繼續(xù)發(fā)展新的感官，這時，失去呼吸功能的噴水孔演化成了中耳腔內(nèi)的咽鼓管。
看圖片，咽鼓管是人體的一個深藏不露的獨立結(jié)構(gòu)，一端接通柔軟的鼻咽部，另一端接通中耳。咽鼓管在大多數(shù)時間處于關(guān)閉狀態(tài)，當(dāng)你打呵欠或是吞咽的時候，它會瞬間開放，讓空氣從鼻咽部進入鼓室，保持中耳鼓膜內(nèi)外的氣壓平衡。這也是開頭小實驗時，你能感覺到的鼓膜外脹現(xiàn)象。
最后回到文章開頭的那個問題：為什么你的耳朵會跟口腔連通呢？
古魚類的噴水孔連通了口腔和魚鰓，這是它的呼吸通道。而當(dāng)噴水孔演化成咽鼓管后，依然接通著你的口腔和耳朵。
口腔和耳朵相連，這是古魚祖先留在你身上的烙印，證明在4億年前，你曾經(jīng)用鰓呼吸過。
好了，魚類噴水孔的秘密先聊到這兒。
關(guān)注法蘭西is培根，為你講解自然界的秘密，下期見。
參考資料：
1、The Evolution of the Spiracular Region From Jawless Fishes to Tetrapods
