現代鯨類動物——包括海豚、鯨魚和鼠海豚——已經十分適應水生生活：他們有鯨脂來絕緣和鰭來推進和引導。今天的鯨類動物還擁有一種獨特的鼻腔通道：它以一個相對於嘴頂或上顎的角度上升，並在頭頂上作為一個氣孔排出。
對於一個在水中呼吸空氣的動物來說，這是一種恰當的適應。然而，在胚胎時期，鯨類的鼻腔通道開始於一個更典型的哺乳動物的位置：與上顎平行，在鼻尖或喙部退出。鯨類專家長期以來一直困惑，在胚胎和胎兒發育過程中，鼻腔通道如何從平行於上顎的路徑切換到以噴孔為終點的傾斜方向。
華盛頓大學牙科學院的博士後研究員雷切爾·羅斯頓（ Rachel Roston）說：“鯨類動物鼻道方向和位置的轉變是一個不同於任何其他哺乳動物的發育過程。” “這是一個有趣的問題，看看哪些部分保持連線，哪些部分改變了方向，以及它們如何透過發展過程協同工作以實現這種變化。”
羅斯頓和杜克大學生物學教授V。 路易斯·羅斯（V。 Louise Roth）的新研究揭示了這一過程。透過測量泛熱帶斑紋海豚胚胎和胎兒的解剖細節，他們確定了使鼻腔通道向上翻轉的關鍵解剖結構變化。他們的研究結果於7月19日發表在《解剖學雜誌》上，是鯨類動物發育轉變的綜合模型。
“我們發現有三個生長階段，主要是在頭部，這可以解釋鼻道如何改變方向和位置，”主要作者 羅斯頓說，他在杜克大學攻讀博士後開始了這項研究。
成長的三個階段是：
1。在胚胎髮育的最初，鼻腔和口腔是平行的。隨著它們之間的區域長成三角形，口腔頂部和鼻道變得分離。這個階段在面部開始形成後的胚胎髮育期間開始，對於泛熱帶斑點海豚來說，是在受精後的前兩個月。
2。與鼻道成一定角度的鼻子（或者說吻部）長得更長，進一步將鼻孔與鼻子尖端分開。這個階段開始於胎兒發育的後期，甚至可能在出生後繼續。
3。頭骨向後摺疊，頭部和身體變得更加對齊。這會使鼻道向上旋轉，使其相對於身體軸線幾乎垂直。這個階段從胚胎髮育晚期開始，一直持續到胎兒發育。
從這個過程中可以看到，鼻腔在“爬”到頭頂的過程中，更多是頭骨在發生變化。
羅斯頓說，這三個增長階段不會逐步展開，而是在時間上相互重疊。它們代表了不同的發育轉變，結合在一起，將鼻腔通道轉移到頭頂。
研究人員使用由史密森學會國家自然歷史博物館和洛杉磯縣自然歷史博物館儲存的21只胚胎和胎兒泛熱帶斑點海豚標本的照片和 CT 掃描獲得的解剖資料開發了這個模型。這些標本代表了廣泛的胚胎和胎兒發育。
為了進行比較，他們從同樣位於國家自然歷史博物館的八隻長鬚鯨胎兒中獲取資料，發現它們與泛熱帶斑紋海豚之間存在顯著差異。在長鬚鯨中，頭骨在頭骨後部的一個區域內摺疊，靠近頭骨與脊柱的連線處。在泛熱帶斑紋海豚中，摺疊位於頭骨中部附近。
羅斯頓和羅斯開發的模型可以告知科學家如何看待鯨類進化。這些生物從5000萬年前的四足陸棲哺乳動物祖先進化而來，其鼻腔與上顎平行。隨著鯨類動物的進化，氣孔逐漸從口鼻部的尖端遷移到口鼻部的後部，然後逐漸上升到頭骨的頂部。
此外，這兩個物種代表了超過 3000 萬年前分化的鯨類家族樹的不同分支。海豚——連同鼠海豚、逆戟鯨、抹香鯨和喙鯨——都是齒鯨，通常被稱為牙鯨。長鬚鯨來自須鯨群，因其獨特的進食裝置而得名。
“我對這項工作的兩個有趣發現感到震驚，”羅斯說。“雖然它們都有氣孔，但須鯨和齒鯨在發育過程中如何重新定向鼻道方面存在關鍵差異。此外，令人驚訝的是，伴隨著朝上鼻孔的發育過程，腦殼內部發生了深刻的變化。”
羅斯頓說，未來，檢查兩個譜系的更多物種可以表明是否所有鬚鯨和齒鯨都以這種方式不同。“該模型為我們提供了使解剖學轉變發生所必須發生的發育步驟的假設，並將作為對鯨魚、海豚和鼠海豚生長和發育的其他研究的比較點。”
前瞻經濟學人APP資訊組
參考資料
https：//www。eurekalert。org/news-releases/924606
