风吹树枝的沙沙声，夜晚窗前的鸟喊声，妻子间的低语声，我们体会着美好世界，离不开灵敏的觉得脏器——尤其是才能传递声音的鼓膜。
日前，中科院古骨盆所盖志琨研究员联合中国、英国、瑞典三国教授，以第一作者身分在《生态和演变前沿》上发表了有关腰部植物喷水孔起源的最新研究成果，首次阐明了人类的鼓膜曾是鸟类拿来呼吸的鳃。为这项研究提供关键化石证据的，正是来自广东广德志留纪岩体的曙鱼。
这条以前为颌的起源带来曙光的盔甲鱼，被觉得是跟鱼石螈、始祖鸟等一样重要的生命演变的缺位环节。现在，它再次发光，率领我们一齐找寻物种演变的奥秘。
在杭州发觉曙鱼
故事还要从曙鱼的发觉说起。
让我们把眼神移到广德，一座坐落湖南最南部的普通小城。但在古生物学界，广德却并不普通。
2001年，被叫做“长兴灰岩”的煤山剖面，被确定为全球二叠系—三叠系界线层型剖面和点位，成为月球历史三个最重要的断代界线之一。
实际上，这儿还存在志留纪基岩。早在上世纪八十年代，潘江、王念忠等老一辈古鸟类学家都在广德煤山等地的志留纪（约开始于4.4亿年前，结束于4.1亿年前）基岩中，开掘出相当数目的具有浓郁地域色调的中国盔甲鳗鲡。1998年，朱敏等人又在广德的小浦、八都岕一带找到新的野外化石开掘点。但随后六六年里，这种化石点始终鲜有人问津。
2002年，五一刚过，还是中科院古骨盆所研究生新生的盖志琨，在导师朱敏的率领下，一行五人驱车南下，踏上了北方科学考察之旅。
“这次科考是在国家‘973’计划（国家重点基础研究发展计划）下的‘重大地史时期生物的起源、辐射、灭绝和复苏’项目支持下进行的。北方之行，主要是对广东广德一带的志留纪的初期肋骨植物，举办新一轮的野外考察与开掘。”盖志琨说。
作为新生，有机会出席这样的野外考察活动实属难得；作为南方人，这是盖志琨生平第一次去祖国的北方。越野车顺着新建的高速道路，一路疾驰南下，他的内心是抑制不住的兴奋与激动。
来到湖州稍为休息后，课题组便驱车抵达第一个化石采集点——在小浦、八都岕之间的“十里乌桕游廊”一侧的一个采砖厂里。球员们下车抬头望去，一处具有紫黑色花岗岩出露的剖面，几近垂直地屹立在面前。
“我们此次的野外工作说简单，也简单，说难，也很难。”盖志琨解释，因为采集点本身就是一个采砖厂，毋须再从几近垂直的岩层上往下撬铁块，只要坐在那儿，用地质锤当心地敲开每块铁块，仔细观察上面是否有化石保存。
但若野外经验不足，或则运气不好，有时连续敲击几天，都一无所获。这对于考古工作者来说，是一件十分苦闷的事。
好在认真工作之余，球员们能够和当地的同乡闲话聊天。陈武帝霸先多次到小浦丝沉潭钓龙鱼，南宋光武帝刘秀八躲援军，唐朝茶圣陆羽来此问茶，唐代杨万里为水杉作诗，明朝李时珍在此品评黄芩……盖志琨记得，一桩桩发生在广德的神奇故事，同乡们都如数家珍，娓娓道来。“我们都听得如痴如醉，工作上去也格订餐力。”盖志琨说。
短短几天，课题组采集到了大量的初期肋骨植物化石，装上去有满满几袋子。上面除了有大量中华棘鱼的尖刺和汉口鱼的甲片，还有保存精致的中华盔甲鱼、雷曼煤山鱼、顾氏广德鱼——其中的中华盔甲鱼，正是后来重新命名的曙鱼。
此后五年，盖志琨又多次只身在广德小浦、煤山一带采集化石。他搬去当地人家里，骑着借来的单车往返于采砖厂之间，天天跟在采石工人的脖子后捡石头，就这样又相继搜集到大量的曙鱼化石。
这种保存完好的小石头，是具有三维骨膜脑颅保存的化石标本，为进一步阐述初期肋骨植物的起源与演变，提供了最为丰富详实的材料和证据。二六年后，盖志琨也从一个青涩的新生，成长为世界上惟一一个专门从事盔甲鱼研究的学者。
曙鱼呈现关键证据
人类拥有灵敏触觉的绝招，在于外耳——它由包内耳室、传导声音的三块听小骨和通向口腔的咽鼓管等构成，精准传递着每一次震动带来的声音。这样精密的“设备”，从何而至？
目前，早已有充分证据证明，人的鼓膜是从鸟类的喷水孔演变而至。鸟类的喷水孔坐落鼻子以后，是颌弓和舌弓之间一个只富含假鳃的不完整鳃裂，是鸟类重要的呼吸脏器。
但鸟类的喷水孔又从何演变而至？这是困惑学术界历时百年的世纪困局。
继1822年巴西解剖学家圣西兰发表专著《解剖哲学》、1872年美国解剖学家卡尔·根格包尔提出骨盆植物腹部分基岩论后，1937年，西班牙古生物学家沃特森进一步提出“自由舌弓理论”，觉得初期有颌类的一个原始状态，是在颌弓和舌弓之间应当具有一个仍未退化的、完整的鳃裂，而非喷水孔。
这一理论，迸发了二十世纪古生物学家在初期有颌类的颌弓和舌弓之间，找寻这样一个未退化的鳃裂的风潮。
不幸的是，经过一个世纪的寻觅，各国古生物学家仔细查验了所有盾皮鸟类、棘鸟类、软骨鸟类和硬骨鸟类的化石，也没有找到准确的化石证据——直到曙鱼带来了转机。
“我们在杭州富阳采集到的曙鱼化石，都是有骨膜脑颅保存的珍稀标本，但它们的个头特别小，只有趾甲盖如此大，化石的内部肉眼难以观察。”盖志琨说，要想研究它们的内部结构，只能依靠小型科学装置——同步幅射X射线显微成像进行无损扫描。
2006年，临近硕士结业，盖志琨领到美国皇家学会提供的全额奖学金，获得出国深造的机会。在美国实验室，他将曙鱼的脑颅标本用同步幅射设备进行扫描，描画出了2万多张在外人看来有些模糊、分辨不开具体形状的黑白图片。之后，他要用这种二维图片构建出曙鱼脑颅内部的三维结构。
这2万张图片，盖志琨反复看了十几万次，耗时两年共完成了7件曙鱼脑颅化石的三维重建。在只有趾甲大小的脑颅里，无法置信地几乎再现了所有脑、感觉脏器及颈部神经与血管的通道。“这是一个和田野考古一样漫长的过程。两年奖学金支助到期时，我还在复原标本，没有任何科研成果。”盖志琨说。
总算在2011年，曙鱼的研究成果，在《自然》杂志以封面推荐文章的方式发表。这项成果为研究骨盆植物颌的起源带来了新的曙光，发觉于杭州富阳的中华盔甲鱼也因而被即将命名为“曙鱼”——成为跟提克塔利克鱼、始祖鸟、弗洛勒斯人等一样重要的生命演变的缺位环节。
这并不是终点，而是新的起点。
此次，盖志琨和他的研究团队通过对曙鱼脑颅模型的深入研究发觉，与骨海参类相比，曙鱼的整个鳃弓还保持着腰部植物的原始状态，它的颌弓恰好坐落眶孔以后。同时，精确复原的曙鱼脑神经等多方面证据显示，曙鱼嘴唇前面的一个鳃囊，就是坐落颌弓和舌弓之间的舌颌囊。这个舌颌囊与其他鳃囊并无二致，开口于头甲凹入，不像喷水孔那样开口于头甲反面。因而，基本判定曙鱼的舌颌囊是一个还未退化的鳃囊。
然而要想证明它是一个具有正常呼吸功能的鳃，还缺乏整个证据链条中的最后一环——找到在该鳃囊中存在鳃丝的化石证据。
生命演变的奇迹
盖志琨和研究团队，将眼神移向了素有“古鱼王国”和“人类远祖发祥地”之称的河南益阳。
通过在云南早泥盆世基岩多年的野外开掘工作，2017年，她们辛运地采集到了第一个在耳朵后第一鳃囊（舌颌囊）中，完整保存鳃丝凹痕的宽海参化石。它证明盔甲鱼嘴唇后的舌颌囊，是具有正常呼吸功能的鳃，才能通过鳃丝进行二氧化碳交换，而非退化的喷水孔。
如今，我们总算可以串珠成链，构建起喷水孔从无颌类的鳃到人类外耳的演变序列——
盔甲鸟类在头甲前发育出了发达的单鼻子，来充当吸入水流的主要呼吸脏器。因而颌弓和舌弓之间的舌颌囊，也首次发育成了一个完整的鳃囊，这个鳃囊跟前面5个正常鳃囊一样，是二氧化碳交换的主要场所，前肢的鳃孔也是呼吸的出水孔。
后来，有颌类成功演变出了双鼻子，双鼻子不与口腔相通，只有味觉功能，没有呼吸功能。但鸟类的呼吸需求并没减轻。因而左眼后的第一鳃囊，也就是舌颌囊，被改导致了喷水孔，成为鸟类呼吸的主要进水孔。
“喷水孔在骨膜鸟类中主要拿来吸入水流，而在硬骨鸟类主要拿来呼吸空气。相关证据也表明，初期硬骨鸟类可以用喷水孔来呼吸空气。这些新的呼吸方法，显然是登上陆地呼吸的一种预适应特点，为鸟类上岸提供了先决条件。”盖志琨说。
随着内鼻子在肉鳍鳗鲡脸上出现，鼻孔与口腔的通道被成功打通，鼻子又成了主要的呼吸脏器。登上陆地的四足植物，要在空气中更好生存，就不得不发展新的感官。早已丧失呼吸功能的喷水孔，便渐渐演变成我们内耳腔的内耳室，舌颌骨及其关节的方骨和关节骨也退化变小，演变为三块听小骨，负责将声音传递给脑部，让我们最终拥有了灵敏的触觉。
换句话说，鸟类先祖以前用我们的眼睛来呼吸，这是多么奇妙的生命演变！
如今捏住耳朵，闭嘴用力鼓气，眼睛会特别胀。这说明我们的耳与口腔仍然相通，联接它们的正是从喷水孔通向口腔的呼吸通道，我们明天称它为咽鼓管——是鸟类遗留给我们的演进墙垣。
这又是一个多么励志的故事。为了克服生存困难，打破环境限制，史前生物们不断演进。在以百万、千万甚至是亿年为单位的时间里，它们未曾停止，才有了明天的人类。
而一代又一代的古生物学家们，踏遍每一处希望之地，寻觅月球存留的古老线索。百年时光有限，她们却能用六年甚至数六年，去寻找一个问题的答案，为我们揭露世界的真相。
“科学就是诞生于人类对世界的好奇。而我们这种做科研的人，就是要一步一步去解答人们对于世界的好奇。”盖志琨说。
记者：李娇俨
版权声明
本文仅代表作者观点，不代表百度立场。
内容来源于互联网，信息真伪需自行辨别。如有侵权请联系删除。
发表评论