哺乳动物的耳朵可能掌握着温血动物的秘密

当今的哺乳动物和鸟类因能够自己产生体温而享有诸多优势。温血动物的新陈代谢率高，这使它们比依赖周围环境取暖的动物更加活跃。它们可以更快地行走，进行长距离迁徙，并栖息在寒冷的地形上。

如今， 《自然》杂志今天发表的一篇报道为一个长期存在的谜题提供了新的线索，即哺乳动物何时进化出这一重要特征。为了帮助解开代谢之谜，古生物学家小组利用了一个令人惊讶的解剖学知识：内耳——其形状受动物体温的影响。该团队研究了化石和现代物种的内耳，估计温血或吸热性在大约 2.33 亿年前的晚三叠世出现在该群体中，那时第一批真正的哺乳动物还没有进化出来。

“哺乳动物及其祖先何时变成恒温动物一直是古生物学未解之谜之一；这是哺乳动物的一个独特特征，与我们生理和生物学的许多方面息息相关，”芝加哥菲尔德自然历史博物馆哺乳动物化石馆长肯尼斯·D·安吉尔奇克 (Kenneth D. Angielczyk) 说道。“我们能够比以前更精确、更准确地确定哺乳动物恒温动物的进化时间。”

之前对恒温动物出现时间的估计存在很大差异，这些估计是基于许多温血动物的特征化石证据，例如快速生长或夜间活动。然而，安吉尔奇克说，这些特征不一定是恒温动物的“唯一指标”。例如，维持核心体温的能力可以使动物在夜间保持活跃，因为夜间晒太阳不是一种选择，但在炎热的气候中也发现了许多夜间活动的爬行动物和两栖动物。

“我们认为，哺乳动物内耳的特殊适应性，即耳朵的半规管系统，可以提供更具决定性的答案，”葡萄牙里斯本大学等离子体与核聚变研究所的古生物学家、该研究的另一位合著者里卡多·阿劳霍 (Ricardo Araújo) 说。

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半规管是一系列盘绕的管道，里面充满液体，可以帮助动物追踪头部的运动和空间位置，这对于导航、平衡和运动协调至关重要。这些管道中的液体在体温较高时会变得更稀薄。这意味着，为了保持规律的运动和平衡，温血动物的半规管需要具有与体温较低、内耳液体较稠的动物不同的特定形状和大小，以适应这种较稀薄、较粘稠的液体。

“内耳系统的调节需要根据系统将要暴露的温度进行优化，”阿劳霍说。“如果你需要逃跑（躲避捕食者），而你的内耳系统不知道你的头在哪里，那么你就会死，你就会被吃掉。”

耳道经过精细调节以适应温暖的温度，表明动物的主人可以自己产生内部热量。研究人员表示，通过观察内耳的形状和相对大小，可以预测动物是温血动物还是冷血动物。

有了这些信息，研究小组试图通过检查化石和现代头骨内耳的 CT 扫描来研究哺乳动物恒温的起源。分析涉及 341 个物种，包括 234 种现代哺乳动物、爬行动物、鸟类和两栖动物，以及 64 种史前物种，其中包括早期哺乳动物的近亲。

研究小组发现，最古老的哺乳动物祖先拥有又长又粗的半规管，类似于现代冷血爬行动物和两栖动物的半规管。相比之下，现代温血哺乳动物的半规管要细得多，相对于其体型来说更小。

当研究小组利用这些内耳测量值计算动物的体温时，他们发现，他们对现代物种的估计与已发表的体温数据非常相似。根据他们对灭绝动物体温的估计，研究小组得出结论，向温血动物的转变发生在 100 万年的时间里，大约 2 亿年前，第一批真正的哺乳动物出现之前。“从地质学角度来看，恒温动物的进化速度快得惊人，”阿劳霍说。

温血动物出现在卡尼期洪涝期——一个气候不稳定的时期，以高温和暴雨为特征。安吉尔奇克说，能够保持稳定的体温可能帮助哺乳动物的祖先应对环境的剧变。

阿劳霍解释说，这项研究的作者怀疑哺乳动物的恒温状态的出现与基因变化有关，这种变化导致了某种生理过程，使动物变成了“一个不断泵出热量的工厂”，而毛皮的进化则是为了防止这些宝贵的热量消散到周围的空气中。

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新技术在评估动物群体方面比预测单个物种的体温更准确。Angielczyk 承认，明确识别冷血或温血的特定物种将提供更精确的时间表。对于未来的研究，他和他的团队计划将他们的技术扩展到更多灭绝的生物。“进行更多采样将会很有趣，特别是围绕哺乳动物的起源，”Angielczyk 说，“并将这种方法应用于化石记录中的其他动物。”

澳大利亚阿德莱德大学进化生理学家罗杰·西摩（Roger Seymour）没有参与这项研究，他说，科学家们对哺乳动物如何变成温血动物的争论已经持续了至少 60 年。新研究结果可能有助于推动这一讨论。

“获取和分析数据的工作量非常巨大，”西摩在一封电子邮件中说道。“这组数据集非常有价值。”

Seymour 及其团队此前曾提出，即使在近 3 亿年前，鸟类和哺乳动物的共同祖先中也发展出了高代谢率。他表示，需要更多证据来证明新论文中报道的半规管解剖学变化与完全恒温的出现同时发生，而不是之后发生。

西摩说，将内耳结构与恒温动物联系起来“令人大开眼界”。“这篇论文无疑为探究哺乳动物谱系中恒温动物的起源问题提供了一种新方法。”