这些古老的鱼有和我们一样的耳朵，它改变了它们的世界 _世界

一位艺术家在一条 6700 万年前的鱼类化石中重建韦伯装置。韦伯结构（中心有金色骨头）起源于一根肋骨（以灰色显示，附着在脊柱的几块背骨上），并将鱼的气囊（左）与内耳（右）连接起来。骨结构赋予鱼类更灵敏的听觉，至今仍存在于三分之二的淡水鱼类中。背景描绘了超大陆盘古大陆解体后进化的各种鱼类谱系。图片来源：Ken Naganawa 加州大学伯克利分校
据今日科学新闻：当我们想到听力时，我们会想象形状像贝壳的耳朵、振动的鼓膜和将声音传递到大脑中的细小骨头。但在鱼的水上世界里，声音的表现却不同。水很稠密，波浪穿过水的方式使传统的鼓膜般的听力变得不可能。然而，数百万年前，一些鱼进化出一种非凡的解决方案。
随着咸水物种慢慢进入淡水，它们中的许多人获得了一种新的、更复杂的听觉系统。这个系统被称为韦伯装置，使他们能够检测到比海洋表亲高得多的频率的声音。事实上，它给了它们的听力范围，出奇地接近我们自己的听力范围。
如今，近三分之二的淡水鱼——超过 10,000 种，从不起眼的鲶鱼到水族箱中色彩鲜艳的四角鱼——体内携带着这个系统。曾经的生存适应已成为地球上最成功的淡水生物群体之一的决定性特征。
韦伯装置：骨头的鲁布·戈德堡
要理解这项创新的独特性，我们必须首先认识到问题所在。声波几乎无缝地穿过水和鱼，因为鱼体的密度与周围环境相似。对于大多数咸水鱼来说，这意味着声音被低沉，过滤成 200 赫兹以下的低音。他们的听力足以检测到远处的隆隆声或附近的威胁，但缺乏精细的细节。
然而，Otophysan 鱼进化出一些非凡的东西。在它们充满空气的鱼鳔和内耳之间，形成了一连串的小骨头——这种排列被称为韦伯装置。这些骨头就像一座桥梁，将振动从鱼鳔直接传递到耳朵。实际上，鱼将一个简单的气泡变成了一个高度灵敏的麦克风。
结果是深刻的：听到这种声音延伸到了数千赫兹。例如，斑马鱼可以听到高达 15,000 赫兹的频率，仅略低于人类听觉的 20,000 赫兹限制。就好像生活在一个河流潺潺、湖泊浑浊的世界里的鱼儿，突然打开了耳朵，听到了全新的声音交响乐。
为什么这很重要，部分仍然是个谜。也许听到更高频率的能力有助于他们发现捕食者或猎物。也许这有助于他们在嘈杂、汹涌的水域中航行。不管是什么原因，这次改编都取得了巨大的成功，为它们在淡水中的非凡多样性做出了贡献。
改变时间线的化石
几十年来，科学家们一直认为他们知道这项创新何时何地开始。据信，Otophysan 鱼起源于大约 1.8 亿年前，在巨大的超大陆盘古大陆分裂之前。故事是这样的，从那里开始，随着大陆的渐行渐远，它们传播到全球各地的淡水系统中。
但加州大学伯克利分校的古生物学家刘娟的一项发现改写了这段历史。通过研究在加拿大艾伯塔省出土的一种 6700 万年前的鱼类化石，刘和她的同事发现了证据，表明Otophysan鱼类的出现可能比之前认为的要晚——大约 1.54 亿年前，即侏罗纪晚期。

Acronichthys maccagnoi 化石（有规模），位于西部内陆航道海岸线的内陆。图片来源：唐·布林克曼，皇家泰瑞尔博物馆
更令人惊讶的是，这块化石揭示了他们的祖先。使用化石韦伯装置的详细 3D 扫描，并将其与活鱼的遗传和解剖数据进行比较， Liu 表明，第一批耳镺鱼可能在海洋中时就进化出其前体听觉结构。直到后来，在分裂成不同的谱系后，它们才独立地进入淡水——两次。
这一发现不仅调整了进化时间线，还完全重新构建了叙述：世界上最成功的淡水鱼的根源不在河流或湖泊中，而是在海洋中。
两次淡水之旅
刘的研究表明，Otophysan鱼类的进化至少涉及两次对淡水栖息地的独立入侵。一个谱系产生了鲶鱼、刀鱼以及我们今天所知的非洲和南美四角鱼。另一个谱系变成了包括鲤鱼、吸盘鱼、鲦鱼和斑马鱼在内的庞大群体。
这种双重迁徙可以解释为什么耳镺虫如此多样化。不是单一起源然后逐渐扩散，而是有两次戏剧性的进化飞跃。每次对淡水的入侵都提供了新的机会、新的生态位和加速物种形成的新压力。在人生的大剧场上，这些反复的适应实验产生了形式和行为的爆炸。
跨越深时光的听力
新命名的化石 Acronichthys maccagnoi 很小——只有两英寸长——但它的骨头具有巨大的进化意义。这块化石保存在加拿大皇家泰瑞尔博物馆中，非常清晰，为科学家们提供了对古代鱼类韦伯装置的难得一瞥。
当刘的团队模拟其耳骨的频率响应时，结果令人震惊。即使在 6700 万年前，这种鱼也可能听到 500 到 1,000 赫兹之间的频率，与现代斑马鱼的能力相差不远。该系统已经功能强大，是进化管弦乐队中几乎完成的乐器。
这个故事呼应了关于进化的一个更大的真理：创新通常是分阶段出现的，前体结构在被重新用于另一种功能之前发挥一种作用。正如羽毛在能够飞行之前可能就开始作为绝缘材料一样，韦伯装置的骨骼在成为听觉超能力的基础之前可能在祖先的海鱼中发挥了其他作用。
人与人之间的联系
人们很容易将Otophysan鱼类的故事视为与我们自己的生活相去甚远，但相似之处却是深刻的。我们的中耳——锤骨、砧骨和镫骨——也是一条将振动传递到内耳的骨头链。尽管这些结构是独立进化的，但这种相似性提醒我们，生活经常会为类似的问题找到类似的解决方案。
当我们惊叹于斑马鱼在实验室水箱中抽搐或一群四角鱼在水族箱中滑行时，我们看到的不仅仅是普通的鱼。我们正在看到数百万年来展开的声音感知进化实验的活生生的继承人。从某种意义上说，他们的耳朵与我们的耳朵相呼应。
为什么听力塑造进化
为什么听力在水国如此重要？与受黑暗和黑暗限制的视觉不同，声音在水下传播很远的距离。听得更清楚的鱼可以更快地发现危险，更容易找到配偶，并以其他物种无法做到的方式进行交流。
淡水河流和湖泊的环境尤其动态——湍急的水流、不断变化的沉积物和多样化的栖息地。在这样的地方，捕捉微妙线索的能力可能意味着生存与灭绝之间的区别。对于耳镺鱼来说，它可能是淡水生态系统繁荣、多样化和主导的关键。
重新思考进化的路径
韦伯装置的故事提醒我们，进化不是一条直线。长期以来，普遍的观点是整齐而简单的：耳鳗鱼在淡水中出现一次，然后传播。但通过化石、遗传学和计算模型揭示的真相更加纠结和令人惊讶。
生活往往是这样运作的。进化是机会主义的，充满了弯路、重新发明和重复实验。最成功的创新是那些打开新环境之门的创新。在这种情况下，一组微小的骨头改变了鱼类与它们的声音世界之间的关系，使它们能够在地球上几乎每个淡水系统中开辟出生态位。
Otophysan鱼类的活生生的遗产
今天，Otophysan鱼类占我们遇到的淡水物种的很大一部分。它们在河流中飞翔，在湖泊中繁衍生息，并在水族馆中栖息。科学家们使用斑马鱼作为模式生物来研究遗传学、发育甚至人类疾病。鲶鱼维持着世界各地的食品工业。鲤鱼和鲦鱼都融入了生态系统和文化中。
他们的成功并非偶然。它写在他们的骨子里——在韦伯式的装置中，它给了他们一种新的感知、感知和生存方式。进化将一个简单的膀胱和几块骨头变成了动物界最复杂的听觉系统之一。
古代交响曲的美
从本质上讲， Acronichthys maccagnoi 的发现和 Liu 的新进化时间表不仅仅是关于鱼类的。这是关于生活本身的不可预测性和创造力。从远古海洋的寂静深处，出现了一只耳朵，可以更丰富地听到世界的声音。那只耳朵将它的主人带入了河流和湖泊，进入了无人认领的生态位，进入了爆炸性的多样性。
而在漫长的时间里，这些鱼都经久不衰。他们的交响乐仍在继续，溪流中的每一道涟漪都承载着进化历史的回声。
在讲述他们的故事时，我们想起了更深层次的东西：我们的世界充满了隐藏的奇迹，即使是最小生物中最小的骨头，也可能重塑生命的宏伟历史。
更多信息：Juan Liu 等人，Otophysan鱼类的海洋起源和淡水辐射，科学（2025 年）。DOI：10.1126/science.adr4494 。www.science.org/doi/10.1126/science.adr4494