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自然生态科普：上下开合的嘴与颜值
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自然生态科普：上下开合的嘴与颜值
□ 王 原 叶 剑
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| 图1：剪嘴鸥。图2：七鳃鳗及其口部。图3：初始全颌鱼。图4：从人的颌骨追溯到初始全颌鱼。 |
达尔文日记：1835年9月15日，贝格尔号来到了加拉帕戈斯群岛，在这里我经常观察一种小型的食蝇蜥蜴。这种蜥蜴生活在低地上，整年难得喝到一滴水，好在它们有大量的多浆仙人掌可以吃。小鸟们知道这种动物不会伤害自己，和它们相安无事。我曾经看到，有一条蜥蜴在慢慢地吃一块仙人掌的一头，而同时一只厚嘴雀在啄食着仙人掌的另一头。这有趣的一幕也引发了我的思考，似乎大部分脊椎动物都是长着上下开合的嘴巴，这种特征是怎样得来的呢？
在科学考察和生活中，达尔文仔细观察过各种脊椎动物的嘴巴。他被这些嘴巴的千姿百态深深吸引，并苦苦思索着脊椎动物上下开合的嘴巴是怎样起源的。令他印象深刻的是，在环球考察途中见到的格陵兰鲸和剪嘴鸥等脊椎动物的嘴巴。格陵兰鲸进食的时候，会张开大嘴把小鱼小虾连同海水一起吸进去，然后半闭嘴巴，用舌头将海水压出口腔，并用鲸须过滤并留下海水中的鱼虾。他在阿根廷看到的剪嘴鸥，是一种非常奇特的鸟，奇特之处就是它们的嘴巴下喙比上喙更长。它们常常会张开嘴巴把下喙伸进水里贴着水面迅速飞行，达尔文发现，那是一种捕鱼神器。
在观察研究了许多不同的脊椎动物嘴巴之后，达尔文发现，它们唯一的相同之处似乎就是能够上下开合这一点。于是他开始思考，这种能够上下开合的嘴巴是怎样起源的呢？对生物又有什么好处呢？
嘴巴对动物来说，是头等重要的器官，因为它们全都是吃货！决定脊椎动物嘴巴能上下开合的结构，称为“颌”，分为上颌和下颌两套骨骼（在人类中简化为两块上颌骨和一块下颌骨），前端开放，后端以关节相连。早期的动物们是没有颌这种结构的。那它们怎么解决进食这件头等大事呢？
最早期的动物都是无脊椎动物。比如寒武纪的海洋霸主——奇虾，长着巨大的圆形口器，口腔里密密麻麻排列着几圈角质齿，可以通过口器的紧缩来肢解猎物。现在的昆虫，也有各种各样的口器，比如蚊子的刺吸式口器，蝴蝶的虹吸式口器，蚱蜢的咀嚼式口器，苍蝇的舔吸式口器，等等。
脊椎动物出现在5亿多年前，最初也是没有颌骨的，嘴巴像一个圆形的开口或长条形的裂缝，主要靠滤食水中的食物为生。但也有一些特别的家伙，比如现存的无颌类脊椎动物的代表——七鳃鳗。它的吸盘一样的口里长着许多像钩子一样的角质齿，这些角质齿能把自己固定在猎物身上，用可伸出的、带角质齿的舌头挖猎物的肉吃。
颌骨这个构造，在4亿多年前才出现在脊椎动物身上。最初的上颌和下颌各由一系列骨骼组成，前端可以开合，后端相互连接起关节作用。由于上下颌骨能自如地开合，大大增强了动物的主动捕食能力，这是一种进化上非常有优势的结构，所以后来演化出的鱼类、两栖类、爬行类、鸟类、哺乳类，都延续了这种结构。它们统称为有颌类，种类数占了现生脊椎动物的99.7%，我们人类也是其中的一员。
在达尔文那个时代，早期有颌类化石发现得非常少，所以他对颌的起源问题很困惑。现在古生物学家们已经发现了不少重要化石，让我们可以描绘出颌的演化过程。尤其是这一件标本，初始全颌鱼，发现于云南曲靖市距今4.2亿年前形成的地层中，是中国古动物馆的镇馆之宝之一。这件标本是中国科学院古脊椎动物与古人类研究所朱敏研究员的团队发现和研究的，它属于盾皮鱼类。
盾皮鱼类是最早的有颌类，它们体表有大块的骨片拼合而成的“铠甲”，用于防身，这些骨片属于“外骨骼”。早期盾皮鱼类的颌骨，是从无颌类的鳃弓演化而来的。鳃弓是动物体内的棒状软骨，属于“内骨骼”，用来支撑鳃裂，保证无颌类在水中滤食和呼吸。所以说，最早的颌是内骨骼来源的。
初始全颌鱼之所以重要，是因为它的颌骨已经不光是内骨骼来源，还包括由嘴巴周边的外骨骼骨片改进而来的。这项成果2013年发表在著名的学术期刊《自然》上。在这之前，科学家一直认为盾皮鱼类的颌骨都是内骨骼来源的，脊椎动物发展到硬骨鱼阶段才出现外骨骼来源的颌骨。硬骨鱼类后来演化出包括人类在内的四足类，因此我们人类也是一种经超级改造的“硬骨鱼类”，都具有类似的外骨骼来源的颌骨构造。如果从颌骨这个角度去追溯我们人类的老祖宗，以前只能追到硬骨鱼阶段，现在则可以追溯到更古老的盾皮鱼阶段了。所以你也可以说，自己是一条盾皮鱼！
下颌也就是通常所说的下巴，这项重要成果发表的时候，西方媒体用“一项让人惊掉下巴的发现”进行报道，非常巧妙，一语双关。
颌骨也是我们人类脸部骨骼重要的组成部分。我们的脸长什么样，很大程度上是由颌骨的形状和结构决定的。所以，如果你觉得自己颜值不够高，可以去找初始全颌鱼算算总账了！
（王原，中国古动物馆馆长，中国科学院古脊椎动物与古人类研究所研究员，主要从事古两栖爬行动物研究；叶剑，中国古生物学会科普工作委员会委员、古脊椎动物学会理事，中国科普作家协会副秘书长，“给少年的进化论”系列视频课程策划人）
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在科学考察和生活中，达尔文仔细观察过各种脊椎动物的嘴巴。他被这些嘴巴的千姿百态深深吸引，并苦苦思索着脊椎动物上下开合的嘴巴是怎样起源的。令他印象深刻的是，在环球考察途中见到的格陵兰鲸和剪嘴鸥等脊椎动物的嘴巴。格陵兰鲸进食的时候，会张开大嘴把小鱼小虾连同海水一起吸进去，然后半闭嘴巴，用舌头将海水压出口腔，并用鲸须过滤并留下海水中的鱼虾。他在阿根廷看到的剪嘴鸥，是一种非常奇特的鸟，奇特之处就是它们的嘴巴下喙比上喙更长。它们常常会张开嘴巴把下喙伸进水里贴着水面迅速飞行，达尔文发现，那是一种捕鱼神器。
在观察研究了许多不同的脊椎动物嘴巴之后，达尔文发现，它们唯一的相同之处似乎就是能够上下开合这一点。于是他开始思考，这种能够上下开合的嘴巴是怎样起源的呢？对生物又有什么好处呢？
嘴巴对动物来说，是头等重要的器官，因为它们全都是吃货！决定脊椎动物嘴巴能上下开合的结构，称为“颌”，分为上颌和下颌两套骨骼（在人类中简化为两块上颌骨和一块下颌骨），前端开放，后端以关节相连。早期的动物们是没有颌这种结构的。那它们怎么解决进食这件头等大事呢？
最早期的动物都是无脊椎动物。比如寒武纪的海洋霸主——奇虾，长着巨大的圆形口器，口腔里密密麻麻排列着几圈角质齿，可以通过口器的紧缩来肢解猎物。现在的昆虫，也有各种各样的口器，比如蚊子的刺吸式口器，蝴蝶的虹吸式口器，蚱蜢的咀嚼式口器，苍蝇的舔吸式口器，等等。
脊椎动物出现在5亿多年前，最初也是没有颌骨的，嘴巴像一个圆形的开口或长条形的裂缝，主要靠滤食水中的食物为生。但也有一些特别的家伙，比如现存的无颌类脊椎动物的代表——七鳃鳗。它的吸盘一样的口里长着许多像钩子一样的角质齿，这些角质齿能把自己固定在猎物身上，用可伸出的、带角质齿的舌头挖猎物的肉吃。
颌骨这个构造，在4亿多年前才出现在脊椎动物身上。最初的上颌和下颌各由一系列骨骼组成，前端可以开合，后端相互连接起关节作用。由于上下颌骨能自如地开合，大大增强了动物的主动捕食能力，这是一种进化上非常有优势的结构，所以后来演化出的鱼类、两栖类、爬行类、鸟类、哺乳类，都延续了这种结构。它们统称为有颌类，种类数占了现生脊椎动物的99.7%，我们人类也是其中的一员。
在达尔文那个时代，早期有颌类化石发现得非常少，所以他对颌的起源问题很困惑。现在古生物学家们已经发现了不少重要化石，让我们可以描绘出颌的演化过程。尤其是这一件标本，初始全颌鱼，发现于云南曲靖市距今4.2亿年前形成的地层中，是中国古动物馆的镇馆之宝之一。这件标本是中国科学院古脊椎动物与古人类研究所朱敏研究员的团队发现和研究的，它属于盾皮鱼类。
盾皮鱼类是最早的有颌类，它们体表有大块的骨片拼合而成的“铠甲”，用于防身，这些骨片属于“外骨骼”。早期盾皮鱼类的颌骨，是从无颌类的鳃弓演化而来的。鳃弓是动物体内的棒状软骨，属于“内骨骼”，用来支撑鳃裂，保证无颌类在水中滤食和呼吸。所以说，最早的颌是内骨骼来源的。
初始全颌鱼之所以重要，是因为它的颌骨已经不光是内骨骼来源，还包括由嘴巴周边的外骨骼骨片改进而来的。这项成果2013年发表在著名的学术期刊《自然》上。在这之前，科学家一直认为盾皮鱼类的颌骨都是内骨骼来源的，脊椎动物发展到硬骨鱼阶段才出现外骨骼来源的颌骨。硬骨鱼类后来演化出包括人类在内的四足类，因此我们人类也是一种经超级改造的“硬骨鱼类”，都具有类似的外骨骼来源的颌骨构造。如果从颌骨这个角度去追溯我们人类的老祖宗，以前只能追到硬骨鱼阶段，现在则可以追溯到更古老的盾皮鱼阶段了。所以你也可以说，自己是一条盾皮鱼！
下颌也就是通常所说的下巴，这项重要成果发表的时候，西方媒体用“一项让人惊掉下巴的发现”进行报道，非常巧妙，一语双关。
颌骨也是我们人类脸部骨骼重要的组成部分。我们的脸长什么样，很大程度上是由颌骨的形状和结构决定的。所以，如果你觉得自己颜值不够高，可以去找初始全颌鱼算算总账了！
（王原，中国古动物馆馆长，中国科学院古脊椎动物与古人类研究所研究员，主要从事古两栖爬行动物研究；叶剑，中国古生物学会科普工作委员会委员、古脊椎动物学会理事，中国科普作家协会副秘书长，“给少年的进化论”系列视频课程策划人）
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