#科学家揭示人类中耳曾是鱼类用来呼吸的鳃# 目前,已经有充分胚胎和化石证据证明我们的中耳是从鱼类的喷水孔演化而来,而鱼类的喷水孔又是从何而来?这是困扰学术界长达百年的世纪难题。

近日,中科院古脊椎动物与古人类研究所研究员盖志琨联合中、英、瑞(瑞典)三国科学家,以第一作者身份在《生态和演化前沿》发表了有关脊椎动物喷水孔起源的最新研究成果,首次揭示人类的中耳曾经是鱼类用来呼吸的鳃。

人类中耳包括鼓膜室、传导声音的三块听小骨和通向口腔的咽鼓管等,是人类拥有灵敏听觉的秘诀所在。 鱼类的喷水孔是位于眼睛之后,颌弓和舌弓之间一个只含有假鳃的不完整鳃裂,是鱼类非常重要的呼吸器官。在软骨鱼类中,喷水孔主要用来吸入水流,是底栖软骨鱼类适应海底生活的生存秘诀,而在原始的硬骨鱼类中,喷水孔主要用来呼吸空气,它是研究早期肉鳍鱼类如何登上陆地呼吸空气,适应陆地生活的重要参照。

困扰学术界的百年难题

早在1822年,法国解剖学家圣西兰就发表了他的经典著作《解剖哲学》, 先验性的提出了不同门类脊椎动物相似器官很可能演化自同一原型。这可能是科学史上对鱼类喷水孔起源的最早的科学猜想。1872年,德国著名解剖学家卡尔·根格包尔(Carl Gegenbaur)第一个从详细的解剖学(包括鳃弓、脑神经、肌肉等)角度,提出了脊椎动物头部的分节理论,认为脊椎动物的颌弓和舌弓跟后面普通的鳃弓一样,是系列同源构造,都是头部的分节之一。

1937年,英国古生物学家沃特森(Watson)进一步提出了 “自由舌弓理论”(aphetohyoidean theory),该理论认为:有颌类中支持颌弓的舌弓最初并不与颌弓相关节 ,而是一个普通的鳃弓, 因此在颌弓和舌弓之间应该具有一个完整的,尚未退化的鳃裂,而非喷水孔,从而代表了早期有颌类的一个原始状态。

这一观点激发了二十世纪古生物学家在早期有颌类的颌弓和舌弓之间寻找这样一个未退化鳃裂的热潮。经过一个世纪的寻找,各国古生物学家仔细查验了现生无颌类和早期有颌类中所有盾皮鱼类、棘鱼类、软骨鱼类和硬骨鱼类的化石,也没有找到确切化石证据。

来自中国的化石证据

从2002年起,研究团队就在浙江长兴志留纪地层中开展野外工作,并在这里找到了一种最为原始的真盔甲鱼化石,后来把它命名为曙鱼(Shuyu)。这些曙鱼化石都是具有三维立体软骨脑颅保存的珍贵标本,而且个头而都非常的小,只有我们的指甲盖那么大,非常适合应用大科学装置同步辐射X射线显微成像技术进行三维无损扫描。

2006年,研究团队把曙鱼的脑颅标本带到了位于瑞士苏黎世的瑞士光源进行了无损扫描。

之后又应用三维重建软件对曙鱼的脑颅进行三维虚拟复原,前后历时5年总共完成了七件曙鱼脑颅化石的三维重建,在只有指甲大小的脑颅里,几乎重现了曙鱼所有脑区、感觉器官及头部神经与血管的通道。

此次研究团队通过对曙鱼脑颅三维虚拟模型的深入研究发现,盔甲鱼类所谓的鳃间脊实际上是鳃弓的背侧部分,这与瑞典古生物学家斯天秀1927年对骨甲鱼类的推测如出一辙,也就是说盔甲鱼类的鳃弓跟脑颅愈合成一个主要起防护作用的头甲,这又跟龟鳖类的肋骨扩大愈合成龟甲有着异曲同工之妙。

与骨甲鱼类相比,曙鱼的整个鳃弓还保持了整个脊椎动物的原始状态,因此,很容易从拓扑位置识别出颌弓和舌弓,它的颌弓正好位于眶孔之后,形成眶后壁,而且盔甲鱼只有7对咽弓,分别对应有颌类的颌弓、舌弓和5对鳃弓。

同时,曙鱼脑神经也得到了很精确复原,颜面神经从后脑发出后,沿着内耳前半规管一直通向了眼睛之后的第一鳃囊。因此,鳃囊数目、拓扑学、形态学和神经支配等多方面证据,均指向了盔甲鱼眼睛后面的一个鳃囊就是位于颌弓和舌弓之间的舌颌囊。

从形态上判断,舌颌囊跟后面的5个鳃囊并无二致,而且开口于头甲腹面,并不像喷水孔那样开口于头甲背面,因此基本判断盔甲鱼的舌颌囊还是一个未退化的鳃囊。但是要想证明它是一个具有正常呼吸功能的鳃,还缺少整个证据链条中的最后一环,即找到在该鳃囊中存在鳃丝的化石证据。

为此研究团队又在云南曲靖早泥盆世地层开展了长达数年的野外发掘工作。经过研究团队持续不懈的努力,终于在曲靖面店水库附近西山村组深灰色粉砂岩中首次采集到了第一个在眼睛后第一鳃囊中完整保存鳃丝印痕的宽甲鱼的新材料,从而进一步证明了盔甲鱼眼睛后的第一鳃囊是具有正常呼吸功能的鳃,而非退化的喷水孔,从而为脊椎动物喷水孔的起源提供了最为确切的解剖证据和化石证据。

咽鼓管曾是鱼类呼吸的主要通道

在此基础上,研究团队综述了喷水孔从无颌类到四足动物的演化历程,从而建立起了喷水孔从无颌类的鳃到人类中耳的演化序列。

该序列表明:随着盔甲鱼类成对鼻囊的分裂,头甲前发育了异常发达的中背孔(单鼻孔),来充当吸入水流的主要呼吸器官,因此颌弓和舌弓之间的舌颌囊首次发育成了一个完整的鳃囊, 该鳃囊跟后面5个正常的鳃囊一样具有完整的前后半鳃, 半鳃具有鳃丝,是气体交换的主要场所。

随着颌和双鼻孔的起源,有颌类成功演化出了双鼻孔, 但是双鼻孔并不与口腔相通, 没有呼吸功能,只有嗅觉功能。 但是鱼类的呼吸需求并没减少, 因此眼睛后的第一鳃囊(舌颌囊)被改造成了喷水孔, 成为主要的呼吸器官,这在最原始的有颌类盾皮鱼类中就已经发生, 因为最原始的盾皮鱼类胴甲鱼类(沟鳞鱼)和最进步的全颌盾皮鱼类(麒麟鱼)均已经具有了喷水孔,因此喷水孔很可能在有颌类伴中随颌和双鼻孔的出现同时起源的。

喷水孔在软骨鱼类中主要用来吸入水流, 而在硬骨鱼类主要用来呼吸空气,如在现生的多鳍鱼就会把头露出水面,通过头顶上被称为“喷水孔”的小孔来呼吸空气,并发出响亮的“吸气声”。

所有这些证据都表明,早期硬骨鱼类有能力从喷水孔中呼吸空气,作为一种新的呼吸方式,这很可能是鱼类离开水域,登上陆地呼吸空气的一种预适应特征,从而为鱼类登上陆地呼吸空气提供了先决条件。

随着内鼻孔在肉鳍鱼类的起源(如肯氏鱼),成功打通了鼻腔与口腔的通道,鼻孔又成了主要的呼吸器官,从而为鱼类登上陆地用肺呼吸,进一步奠定了基础。而登上陆地的四足动物,面临着一个全新的环境,不得不发展新的感官,以便在空气中更好地生存。

这样,已经失去呼吸功能的喷水孔,经过修饰,逐渐演化成我们中耳腔——鼓膜室,而舌颌骨及与其关节的方骨和关节骨也逐渐退化变小,最终进入到我们的中耳,演化为我们中耳的三块听小骨,并被重新命名为镫骨、锤骨和砧骨,负责将声音传递给大脑,我们人类最终拥有了灵敏的听觉。

因此,如果不是这些史前鱼类通过头顶喷水孔呼吸空气的大胆试验,我们可能永远不会演化出如此敏锐的听觉。我们耳朵跟口腔依然是相通的,而联通它们的正是从喷水孔演化而来的咽鼓管。

如今咽鼓管就像我们的盲肠一样,貌似已经没有什么功能了,但它却曾经是鱼类呼吸的主要通道,如今却成了鱼类遗留给我们的演化残迹。换句话说,我们鱼祖先曾经用我们的耳朵来呼吸,生物演化就是如此的奇妙。

该研究的共同作者包括中国科学院院士朱敏,英国皇家科学院院士Philip C.J. Donoghue和瑞典皇家科学院院士Per E. Ahlberg。

该研究得到中国科学院战略性科技先导专项,国家自然科学基金、中国科学院前沿科学重点研究计划等项目资助。

相关论文信息:https://t.cn/A6XW88ZY(作者:崔雪芹 来源:中国科学报)

#跑起来 干起来 走在前# 杨伟东:深入推进“互联网+”监管执法#云上伊金霍洛#

以互联网为基础的现代信息技术迅猛发展,对经济社会各个方面产生重大影响,由互联网衍生的问题成为政府监管的重要对象。与此同时,互联网提供的便利也成为政府监管应当充分利用的资源和优势,深入推进“互联网+”监管执法,不断提高政府监管和执法水平,成为数字政府建设和法治政府建设的重要任务。

“互联网+”监管执法的发展

现代社会,政府监管与执法是行政机关对具有社会价值的活动进行相应的管理和调节,通过矫正违法行为,促进和鼓励良好行为方式,达到良好社会和经济秩序的目的。虽然一些监管和执法方式有其通用性,但由于时代生存、活动环境的不同,会产生带有时代特点的活动方式和组织方式,因而必然形成与时代相适应的新的监管手段和执法方式。

近年来,网络和信息技术发展迅猛,深度融入我国经济社会的各个方面,极大地影响、改变了经济和社会的运行方式以及人们的生活方式,进而深刻地影响着政府的监管和执法工作。互联网和信息技术对政府监管和执法工作的影响集中表现在三个方面:一是网络的发展和广泛应用产生了新的监管和执法领域,需要政府跟进和介入;二是网络的发展和应用改变了传统的经济和生活方式,政府的监管和执法需要做出相应调整或改变;三是网络的发展和应用促进了技术创新,为政府提供了更有效的监管和执法手段。正是源于互联网产生的影响,使得“互联网+”率先成为经济社会各领域的发展要求,努力将互联网的创新成果与各领域进行深度融合,推动技术进步、效率提升和组织变革。在提升实体经济创新力和生产力后,“互联网+”监管执法逐步上升为政府治理的重要内容,旨在充分利用互联网和信息技术带来的正向作用和价值,提高政府监管和执法的能力和成效。

党的十八大以来,党中央、国务院以行政审批制度改革为抓手,不断深化“放管服”改革,把加强事中事后监管作为推进政府职能转变的关键环节。2018年,国务院常务会议把建设“互联网+”监管系统,促进政府监管规范化、精准化、智能化作为重要要求。2021年《政府工作报告》明确把大力推行“互联网+”监管,提升监管能力作为重点工作。2021年8月,由中共中央、国务院印发的《法治政府建设实施纲要(2021-2025年)》(以下简称《纲要》)完善和提高了法治政府的标准要求,将已有的“职能科学、权责法定、执法严明、公开公正、廉洁高效、守法诚信的法治政府”标准,升级为“职能科学、权责法定、执法严明、公开公正、智能高效、廉洁诚信、人民满意的法治政府”标准。新标准除了突出人民性外,也彰显了智能性的要求,将“智能高效”作为应对、响应互联网和信息技术发展对法治政府的新要求。在此基础上,《纲要》明确健全以“双随机、一公开”监管和“互联网+”监管为基本手段、以重点监管为补充、以信用监管为基础的新型监管机制,从而将“互联网+”监管提升到前所未有的高度。

2018年9月9日,北京互联网法院挂牌成立。集中管辖全市辖区内特定类型涉互联网第一审案件,探索建立与互联网时代相适应的审判模式,推动起诉、调解、立案、庭审、判决、执行等诉讼环节全程网络化。

“互联网+”监管执法的内涵

“互联网+”监管执法是依托互联网运用大数据、云计算、人工智能等技术,通过监管执法信息的整合共享和新的监管手段的使用,推动监管过程全记录、监管联动、监管数据可分析,提升事中事后监管规范化、精准化和智能化水平,实现智慧监管执法。因此,“互联网+”监管执法具有丰富的内涵和意蕴,它不仅是一种新的监管和执法方式,更是一种新的平台、新的机制。

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新的监管执法支持。“互联网+”监管执法为行政机关和执法人员提供了新的监管执法支持。通过信息化技术、装备配置和应用,行政机关和执法人员可以通过移动行政执法终端、执法记录仪、全网通对讲机等让行政监管执法更智慧、更便捷,有利于提高监管执法的效率,确保公平公正、廉洁执法。

新的监管执法机制。“互联网+”监管执法旨在推进全国统一的“互联网+”监管系统建设,在确保安全的基础上实现不同地域、不同领域的监管执法平台数据的联通汇聚,从而实现执法基础数据、执法程序流转、执法信息公开等汇聚一体。更为重要的是,“互联网+”监管执法为打破行政监管和执法地域、领域、部门等阻隔创造了条件,为监管和执法实现违法线索互联、监管标准互通、处理结果互认奠定了坚实基础,从而减少多头执法、重复检查、推诿扯皮等问题,还有利于推动部门、地域之间的有效合作和深度融合。

新的监管执法平台。“互联网+”监管执法旨在打造覆盖行政监管和执法的系统,涵盖行政监管执法可视化、综合统计分析、监管事件跟踪分析、监管效能评估等内容。这些内容可以最大限度满足各级行政机关对行政监管执法决策的使用需求,提升行政监管执法的决策分析水平。

为“互联网+”监管执法创造条件

近年来,在中央和国家层面的重视和推动下,不少地方和部门在“互联网+”监管执法方面进行了许多积极探索和实践,取得了较大进展,对推动法治政府建设和数字政府建设提供了有益经验。“互联网+”监管执法既是一项系统工程,也是一项持续工程,需要不断更新理念,加强组织保障,提供技术、法律和政策支撑。

理念转变。行政监管执法需要与时俱进。与技术转型升级、经济社会活动变迁等监管和执法领域、对象的发展相比,行政监管和执法有相对的延后性,这符合行政监管和执法的特点。但这并不意味着行政监管和执法是消极的。由于监管和执法领域的扩展、新问题的出现和新技术的运用,行政监管和执法必然要予以回应。因而,行政监管和执法不能固守传统的监管和执法理念、方式方法,而需要根据互联网和信息技术发展采取回应性的举措,及时采用新型的监管和执法方式。

技术支持。“互联网+”监管执法的实现需要充分运用互联网、大数据等信息技术手段,联通各地区各部门监管系统,因此需要强有力的技术支持。这不仅意味着要将既有技术创新成果在行政监管和执法中进行运用,而且要实现技术标准的统一和融合。目前,“互联网+”监管执法的障碍是行政监管数据互联互通、数据共享意愿不高、推进力度不足导致程度较低,进而影响了“互联网+”监管执法的推进。因此,“互联网+”监管执法平台和系统的建设需要进行统一且系统的规划,并要进行充分、有机对接和融合。

安全保障。互联网和信息技术的引入、广泛运用以及其积极作用的发挥,是以确保安全为前提的。由于新技术、新应用不可避免地面临着更为复杂的网络安全环境,或带来全新的问题和挑战,因而,“互联网+”监管执法必须关注和防范可能引发的风险,注重在新的环境下各类主体的合法权利的保护,充分保护国家主权和安全。

法律支撑。“互联网+”监管执法的运用和发展,不可避免地涉及许多监管和执法要素、法律关系等的改变,既涉及行政系统关系和运行的调整,也涉及与被监管和执法对象关系的调整,需要最终在立法层面加以确认,方能为监管和执法提供坚实的法律支撑。
来源:中国网信杂志

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