《自然》：36.8℃稳定的体温2亿年前出现 内耳 恒温动物

顾汉现

36.8℃，稳到不行的体温何时出现？《自然》：答案在2亿年前的耳朵里  恒温动物

内耳生物力学揭示了哺乳动物內溫性的晚三叠纪起源。根据各种化石记录中的内耳半规管大小变化规律，与现有的推测不同，新研究发现哺乳动物祖先朝恒温演化的速度是非常快的，大约在不到100万年间就完成了转变。而许多特征的演化可能需要经历数千万年的缓慢历程。正是在2.33亿年前的这一瞬间，哺乳动物的祖先获得了恒温带来的强大力量，保证了它们在自然竞争中披荆斩棘，也最终诞生了人类。36.8℃，以及每日微小内耳半规管中淋巴液的冲击，也成为我们从漫长演化岁月中获得的不可磨灭的生存技能点。本文是恒温动物进化关联的基础科学研究论文。
(Baidu translation: )
36.8 ℃, when does the body temperature appear? Nature: the answer is that the ear was a constant temperature animal 200 million years ago
The biomechanics of the inner ear reveals the Late Triassic origin of mammalian endotherm. According to the size change rules of the inner ear semicircular canal in various fossil records, different from the existing speculation, the new study found that the mammalian ancestors evolved towards constant temperature very quickly, and completed the transformation in less than 1 million years. The evolution of many features may take tens of millions of years. It was at this moment 233 million years ago that the ancestors of mammals gained the powerful power brought by constant temperature, which ensured that they could overcome difficulties in natural competition and finally gave birth to humans. 36.8 ℃ and the daily impact of lymph in the tiny inner ear semicircular canal have also become the indelible survival skills we have acquired from the long evolution years. This paper is a basic scientific research paper on the evolution of isothermal animals.
（百度翻訳： ）
36.8℃、安定していない体温はいつ現れますか？答えは2億年前の耳に恒温動物
内耳生物力学は哺乳動物内の温度性の晩三重畳紀起源を明らかにした。各種化石記録における内耳半規管の大きさ変化の法則に基づいて、既存の推測とは異なり、哺乳類の祖先の恒温への進化速度は非常に速く、約100万年未満で転換を完了したことが新たに発見された。多くの特徴の進化には、数千万年の緩やかな過程が必要になる可能性があります。ちょうど2億3300万年前のこの瞬間、哺乳類の祖先は恒温による強大な力を獲得し、自然競争の中で棘を断ち切り、最終的に人類が誕生したことを保証した。36.8℃、および毎日の微小内耳半規管中のリンパ液の衝撃は、私たちが長い進化の歳月から得た不滅の生存技能点にもなっている。本文は恒温動物の進化に関する基礎科学研究論文である。

学术经纬

2022/07/22

论文
论文标题：Inner ear biomechanics reveals a Late Triassic origin for mammalian endothermy
作者：Ricardo Araújo, Romain David, Julien Benoit, Jacqueline K. Lungmus, Alexander Stoessel, Paul M. Barrett, Jessica A. Maisano, Eric Ekdale, Maëva Orliac, Zhe-Xi Luo, et al.

期刊：Nature
发表时间：2022/07/20
数字识别码：10.1038/s41586-022-04963-z
摘要：Endothermy underpins the ecological dominance of mammals and birds in diverse environmental settings1,2. However, it is unclear when this crucial feature emerged during mammalian evolutionary history, as most of the fossil evidence is ambiguous3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17. Here we show that this key evolutionary transition can be investigated using the morphology of the endolymph-filled semicircular ducts of the inner ear, which monitor head rotations and are essential for motor coordination, navigation and spatial awareness18,19,20,21,22. Increased body temperatures during the ectotherm–endotherm transition of mammal ancestors would decrease endolymph viscosity, negatively affecting semicircular duct biomechanics23,24, while simultaneously increasing behavioural activity25,26 probably required improved performance27. Morphological changes to the membranous ducts and enclosing bony canals would have been necessary to maintain optimal functionality during this transition. To track these morphofunctional changes in 56 extinct synapsid species, we developed the thermo-motility index, a proxy based on bony canal morphology. The results suggest that endothermy evolved abruptly during the Late Triassic period in Mammaliamorpha, correlated with a sharp increase in body temperature (5–9 °C) and an expansion of aerobic and anaerobic capacities. Contrary to previous suggestions3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14, all stem mammaliamorphs were most probably ectotherms. Endothermy, as a crucial physiological characteristic, joins other distinctive mammalian features that arose during this period of climatic instability28.

所属学科：
古生物
▎药明康德内容团队编辑


现在几乎走到哪里都离不开测量体温，一旦高于37.2℃就可能会被拒之门外。这种决定，来自我们对人类体温的一种常识：正常情况下它应该在36℃至37℃之间。

但是，恒温是什么时候出现的？

我们都知道哺乳动物的体温很稳定，正因为个体能通过内部产热的方式维持体温，哺乳动物也被称作恒温动物（也俗称温血动物），而鸟类也属于这一范畴。

我们不会看到人类像鳄鱼或者蜥蜴一样，定时到外面晒太阳来恢复体温，像鳄鱼这种通过外界环境获取热能的动物也被称作变温动物（俗称冷血动物）。


▲恒温哺乳动物祖先呼出热气（图片来源：参考资料[1]，credit: Luzia Soares）


恒定的体温赋予了动物更活跃的运动能力、移动速度和有氧代谢能力，也让哺乳动物和鸟类占据了无法比拟的生态位。

不过，哺乳动物是在何时获得这种优势的，却是个具有争议的谜团。

原因在于，我们对远古时期哺乳动物的了解几乎都来自化石，化石可以让我们推测动物的体型、结构，甚至还原出化石主人原本的模样。但遗憾的是，我们不可能给化石测温来推断它们活着时的体温。

今日《自然》的一项研究，却完成了这项看似不可能的任务——根据化石细节推测出化石主人的温度。而秘密就藏在耳朵中一些包含液体的细微管道中。


对所有脊椎动物来说，这些细微管道对控制平衡有重要作用，“这些也被称作半规管的结构通常用于推测动物的行动能力，”研究的主要作者之一Romain David博士表示，“但是如果细致地从生物力学层面分析，你可以从中推测动物的体温。”

之所以这种结构具备参考性，是因为当动物还存活的时候，半规管中的液体性质与其尺寸有密切联系。

半规管中充满着内淋巴液，你可以将其想象成如同蜂蜜一般的液体，温度越高的时候它的流动性越强，温度低的时候它会逐渐粘稠。

对冷血动物来说，较低的体温意味着半规管中的液体更难移动。那么不难想象，它们必须拥有更大的半规管来保证液体可以正常地流动。反之，恒温动物的液体粘稠度下降，半规管道会更窄。



▲不同物种之间半规管（红色）的大小（图片来源：参考资料[2]）


在变温动物朝着恒温动物转变的过程中，存在一段特定的演化周期，这时半规管的形态必须随之改变。研究团队比较了一共341种动物的内耳结构，其中243种是现生物种，64种是已经灭绝的动物。

根据他们的分析，适合恒温动物体温的内耳结构大约在2.33亿年前出现，在此之前的哺乳动物祖先并没有与恒温所匹配的内耳结构。这说明，恒定的体温也大约在这个节点出现，这一推测时间比过往认为的恒温出现时间晚了2000万年。



▲研究推测不同物种属于恒温动物的可能性（图片来源：参考资料[2]）


根据各种化石记录中的半规管大小变化规律，研究者指出，与现有的推测不同，新研究发现哺乳动物祖先朝恒温演化的速度是非常快的，大约在不到100万年间就完成了转变。要知道，许多特征的演化可能需要经历数千万年的缓慢历程。

值得关注的是，这个变化的时间点与哺乳动物祖先演化出胡须、毛发和特殊骨骼的时间几乎相差无几。“这其实也非常合乎逻辑，毛发的出现将热量限制在了体内，那么对应的半规管结构也需要出现，帮助哺乳动物的祖先适应恒温状态，最后适应性更强的它们逐渐走向兴盛。” David博士表示。

正是在2.33亿年前的这一瞬间，哺乳动物的祖先获得了恒温带来的强大力量，保证了它们在自然竞争中披荆斩棘，也最终诞生了人类。

36.8℃，以及每日微小半规管中淋巴液的冲击，也成为我们从漫长演化岁月中获得的不可磨灭的生存技能点。

参考资料：

[1] The size of mammal ancestors’ ear canals reveal when warm-bloodedness evolved. R etrieved July 20, 2022 from https://www.eurekalert.org/news-releases/959036?

[2]Inner ear biomechanics reveals a Late Triassic origin for mammalian endothermy. Nature (2022). DOI: 10.1038/s41586-022-04963-z

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耳朵
半规管
内淋巴液
变温动物
内耳结构

https://www.nature.com/articles/s41586-022-04963-z

https://www.linkresearcher.com/t ... f-87c0-e1266d49aa89

https://paper.sciencenet.cn/html ... 11243694274437.shtm
研究人员分析了56种灭绝的下孔类动物（类爬行动物，哺乳动物的祖先）的内耳道，通过索引发现，在三叠纪晚期，从2.37亿年前到2.01亿年前，内耳道形状发生了突然的变化。研究人员认为，这是下孔类动物变成恒温动物的时间。这一转变意味着它们的体温升高5℃~9°C，新陈代谢加快。
早期吸热下孔类动物的体温（大约34°C）仍然相对较低，与现存的单孔类哺乳动物如鸭嘴兽和针鼹的体温相似。
鸭嘴兽、针鼹与其他哺乳动物相比行动迟缓。



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