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人类的远古祖先,揭示了第一种已知的四眼有颚脊椎动物

时间:2020-05-30 20:28 来源:互联网 编辑:小狐

核心提示

几乎所有动物都是两只眼睛,但也有少数例外。例如,剑水蚤科的甲壳类动物剑水蚤属只有一只大眼睛。巨型蛤蜊则处于另一个极端,拥有几百只眼睛。在脊椎动物中,眼睛最多的是没有上下颚的七鳃鳗。这种形似鳗鱼的鱼属于

几乎所有动物都是两只眼睛,但也有少数例外。例如,剑水蚤科的甲壳类动物剑水蚤属只有一只大眼睛。巨型蛤蜊则处于另一个极端,拥有几百只眼睛。在脊椎动物中,眼睛最多的是没有上下颚的七鳃鳗。这种形似鳗鱼的鱼属于一个非常古老的动物类别,拥有四只眼睛。

人类的远古祖先,揭示了第一种已知的四眼有颚脊椎动物(图1)

额外的两只眼睛是位于头顶的感光结构,称为松果体和松果体旁器官。科学家们仍在试图确定这些器官的所有功能,但人们已经知道,它们在定向和昼夜及年度节律周期中发挥了关键作用。

诸如鱼类和青蛙这样的很多低等脊椎动物都有松果体器官,但松果体旁器官却不那么常见。然而,森肯伯格研究所的克里斯特·史密斯(Krister Smith)很早以前就猜测,古蜥蜴除了拥有两只典型的眼睛以外,还可能同时拥有上述两种感光结构。

“我在读研期间调查耶鲁大学化石藏品中蜥蜴的多样性时,第一次产生了这个想法。”史密斯说,“对于某个顶骨化石上的第三只眼,不同的专家给出了相矛盾的解释。顶骨上明显有两个大洞,呈前后排列。而且我记得有两个松果体器官。”

史密斯承认,寻找四只眼的古蜥蜴是个“怪诞”的想法,但她和她的团队仍然付诸行动。

他们分析了150年前在怀俄明州布里杰盆地Grizzly Buttes遗址收集的博物馆标本。CT扫描显示,一种已灭绝巨蜥(肯塞萨尼瓦蜥)的两个标本拥有容纳额外两只眼睛的空洞。

这一发现(发表于《当代生物学》杂志)揭示了第一种已知的四眼有颚脊椎动物。

“科学家的想法层出不穷,但很多(甚至大多数)都不会成功。想法越是怪异,就越可能失败,”史密斯说。当她关于四眼蜥蜴的猜测被证实时,她感到兴奋不已。

这一发现有助于我们了解额外眼睛的演化。

人类的远古祖先,揭示了第一种已知的四眼有颚脊椎动物(图2)

这是那种已灭绝巨蜥的复原图。在头颅上可以看见顶骨孔和松果体孔

科学家已经知道,最早的哺乳动物(人类的远古祖先)不止有两只眼睛。

“干群哺乳动物有三只眼睛,”史密斯解释道,“据认为,哺乳动物祖先的夜行性进化阶段导致那些动物的第三只眼消失。类似的事情可能也发生在其他的四足类动物身上。”

很多四足类动物在夜晚变得活跃,大概不需要额外的感光器官,所以它们失去了第三只眼睛。

人类和其他大多数哺乳动物没有保留第三只眼的残留证据。

“尤其是人类,大脑大幅增大,厚厚地彻底覆盖松果体器官,使它几乎不可能接触到光子,”史密斯说,“另外,松果体旁器官被认为完全消失。”

但在老鼠身上,松果体器官靠近体表,一些光敏蛋白在老鼠胚胎的松果体器官中仍有表达。这表明,第三只眼在啮齿类动物身上并未完全消失。

史密斯和同事不确定是哪个器官(松果体或松果体旁)导致早期哺乳动物形成第三只眼。如果解决了这个问题,他们应该就能更好地明白哺乳动物的第三只眼为什么渐渐消失。

我们知道,当代蜥蜴的第三只眼(松果体器官)不同于其他有颚脊椎动物的第三只眼。

“应该强调的是,蜥蜴的第三只眼不同于青蛙或鱼类的第三只眼,”史密斯说,“但这个观点没有得到普遍认可。如果发现了两个松果体器官都进化成眼睛的物种,前面那一个是典型的第三只蜥蜴眼睛,那么我们就可以证明这个观点。”

虽然那种已灭绝巨蜥多出来的两只眼睛彼此靠近,但研究人员认为,它们不像普通眼睛那样是作为一对眼睛发挥作用。

“它们确实靠得很近,但它们与大脑其余部分的中枢神经连接是不同的,”史密斯说。

在4800万年前的始新世时期,肯塞萨尼瓦蜥生活在怀俄明州和欧洲的部分地区。北美发现的第一块蜥蜴化石就是肯塞萨尼瓦蜥。现在,这种动物又出名了,至少目前是这样。

“这一新发现表明,就进化而言,在某些条件下自我形成一个复杂的器官非常容易,”耶鲁大学古生物学家布拉说,“眼睛通常被认为拥有极为复杂的结构。实际上,大脑一直都在等待着制造眼睛的机会。”

史密斯说,中枢神经是从“胚胎最外层的内褶”发育而来。这一层叫做神经外胚层。

以前的研究证明,章鱼能用它们的皮肤“看到”外界。章鱼皮肤含有在眼睛中发现的一种感光素,名叫视紫红质。后来的研究发现,能变色的猪隆头鱼也可以用其皮肤“看到”外界。或许,其他动物的皮肤同样具有感光能力,包括人类。

目前,史密斯和同事主要致力于研究蜥蜴。史密斯和布拉解释道,“蜥蜴转变”蜥蜴最初形成第三只眼的时候与很多不同脊椎动物的视力发育有关。他们希望弄明白这一重要变化是在何时发生的。

史密斯说,她和同事希望再次分析Grizzly Buttes化石藏品,尽管那些化石“相当零散,受损严重”她说,这样的研究“突显了博物馆在保管过去和现在的生物多样性证据方面发挥的重要作用”

本文相关词条概念解析:

松果体

松果体位于背侧丘脑的内上后方。在儿童7-8岁时最为发育,以后逐渐萎缩退化,腺细胞减少,结缔组织增生。松果体又称脑上腺,呈扁圆锥形,以细柄连于第三脑室顶。松果体表面包以软膜,软膜结缔组织伴随血管伸入腺实质,将实质分为许多小叶,小叶内主要由松果体细胞、神经胶质细胞和无髓神经纤维等组成。

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