人类注定无法“鲸吞”美食?小损失,大幸运

不知道小伙伴们有没有过以下经历:在大笑或大口吃东西的时候,下巴突然掉了;或者匆忙之间多吞了几块饼干,下巴虽然没掉,却无法活动下颌将满口的饼干嚼碎,只能尴尬地等它在嘴巴里化掉一点后再吃掉。好好的下巴,为什么突然就不能用了呢?

这是因为,人类的口腔结构并不是为这些动度过大的操作而设计的。尤其像“大口吞食”这种动作,不仅人类,对现今的大多数哺乳动物来说,都是个挑战项目。到底是什么限制了我们的“大口吞”呢?

“缩水”的下颌

想要“大口吞”,毫无疑问你得先有个大口。而下颌骨作为头部唯一能活动的骨头,其比例及其尺寸是限制“大口吞”动作的重要因素。遗憾的是,今天大多数哺乳动物的下颌普遍都偏小。

河马是当今“陆地嘴巴最大动物”的记录保持者,但绝大多数哺乳动物下颌的尺寸及比例都相对偏小。图片:Jon Connell / Wikimedia Commons

不过,如果追溯回远古时期就会发现,我们的哺乳动物祖先还是有一段光辉“大口”史的。

布里斯托大学(University of Bristol)的Stephan Lautenschalager教授团队对哺乳动物及其远古祖先的下颌尺寸进行了综合分析。他们发现,哺乳动物下颌在进化过程中有明显变小的趋势,这一结果被发表在《自然》杂志上。

这棵哺乳动物演化树的上部是一些古老物种,而下部则是更现代的类群。我们可以很直观地看到,在演化过程中,哺乳动物及其祖先的下颌尺寸变得越来越小。图片:Lautenschlager S et al. / Nature(2018)

他们的研究表明,哺乳动物祖先(犬齿兽和真犬齿兽类)很多都具备“大口吞”潜质——他们的下颌几乎个个都是“大块头”,其大多数种类的下颌长度都超过了100mm。

可是,现生的哺乳动物,长度却普遍小于30mm。这样“缩水”大趋势在进化上又有什么意义呢?

“小身材”带来“大幸运”

下颌变小,其实是哺乳动物身材变小的一个映射。而之所以变小,是为了更好的适应生存环境——在早期哺乳动物生存的时代,硕大无比的恐龙正在充当地球霸主横行天下,而我们的祖先只能“忍辱负重,苟且偷生”。

在此等生存压力下,娇小的身材就带来了优势:一方面降低了被捕食者发现的概率,从而更容易存活;另一方面,和大块头的生物相比,它们的能量消耗很少,更有利于在资源稀缺的特殊自然时期中渡过难关(比如各种大灭绝事件),才能后来居上实现逆袭。

“让我看看是这是哪个小可爱。” “看不见我看不见我看不见我……”  图片:Alexanderlovegrove

不过,下颌骨一变小,咬合力也就跟着变弱,对抗大块的食物也会变得吃力。所以许多哺乳动物及其祖先改变了食性,选择吃起来不费劲又更易找到的虫子、植物为食。另外有一些肉食哺乳动物通过加强咬肌来解决咬合力的问题。

人类在演化过程中则出现了一个特殊现象——吻部后缩。随着上下颌演化得愈加短小、后缩,吻部渐渐扁平。其直接的后果就是两侧嘴角的开裂缩小,导致嘴巴张不大,也就没有办法整吞大块食物了。

从侧面看,汪星人等哺乳动物具有向前突出的吻部,所以嘴角(虚线部分)的开裂又长又宽。而人类下颌骨后缩,使吻部扁平,并且嘴角也跟着缩短,最终造就了人类的小嘴。图片:Chris Barber / Flickr;Lihle Lynne / pixabay

同样是“大口吞”,大部分爬行动物完成起来会容易很多——它们有的天生长着比例夸张的“血盆大口”,比如鳄鱼。

一条正在“晒大口”的咸水鳄。 图片:Dave Watts / naturepl.com

有的则灵活度超群,能够通过“下颌脱臼特技”咽下数倍于自己体型的猎物,比如蛇类。蛇等爬行动物的下颌由多块骨骼组成,并且可以分成左、右两部分,在吞咬食物时得以向两侧撑开。我们常说,“贪心不足蛇吞象”。蛇虽然吃不了大象,但是一口吞下体型数倍于自己的袋鼠、小羊还是没问题的。

蛇出没!

怕蛇的朋友慎滑~

不是蛇恐的朋友们可以左滑查看“吃小羊的蛇”和“蛇的下颌骨”。 图片:Alex Griffiths / Flickr;Stefan3345 / Wikimedia Commons

但要是让人类等哺乳动物去表演这种“嘴部特技”则是完全不可能的。原因很简单,哺乳动物的下颌骨普遍只有一整块,而蛇类等爬行动物的下颌则由至少4块骨头组成。要想像蛇嘴一样收缩自如,大概只能另辟蹊径了。

下颌骨“另谋高就”

不过话说回来,哺乳动物和爬行动物其实有着共同的祖先。同样是下颌,在远古祖先那里还是“组合套装”,怎么传承到哺乳动物这一辈就变成“集成版”了呢?其余的下颌骨去哪了呢?

从进化谱系来看,哺乳动物与爬行动物都是早期羊膜动物的后代。图片:陆晓彧

实际上,这些骨头并没有完全“失业”,而是去“另谋高就”了。比如说,本属于下颌的一块关节骨(Articular)就连同头骨中的方骨(Quadrate)一起,搬进了我们的中耳,摇身一变,成了三块听小骨中的锤骨(Malleus)和砧骨(Incus)。

哺乳动物下颌骨“小型化”。图片:Philcha / Wikimedia Commons 

这些下颌骨是如何“搬家”的呢?首先,这些骨头需要变得足够小;更重要的是,要让这些骨头从“日常工作”中解放出来——下颌的工作是承担咬合力,对于我们吃虫子、果子的哺乳动物祖先来说,没有那么大的咬合力也不妨碍生活。

随着下颌小型化和咬合力减弱,关节的压力也自然也就减弱了,原来用于承担压力的部分骨头就有机会“转业”了——比如跑到耳朵里提高我们的听力

收获:出色的听觉和智力


下颌骨骼的这次搬家可谓是意义非凡,它们赋予了哺乳动物出色的听觉。爬行动物中的下颌骨数量虽多,但中耳只有一块骨头。外界声音直接通过鼓膜震动这唯一一块骨头,再传内耳里,其听觉效果比较差。

耳柱骨(Columella)是爬行动物、两栖动物和鸟类中耳中唯一的骨头(即图中红圈内的结构)。图片:pterosaurheresies.wordpress.com

哺乳动物就不一样了,我们的三块听小骨,串联成链。它们像放大器一样,将震动放大后传到内耳,使我们能分辨出更轻微的声响。听力的大大提高不仅对哺乳动物的生存有着重大帮助,更为智力发展奠定了基础。

人类的三块中耳耳骨。图片:US Government / Wikimedia Commons

所以说,我们的哺乳动物祖先放弃了 “大块头”和“大嘴巴”,但最终却通过了大自然的考验,成为生物大灭绝事件的幸存者。如此看来,下颌骨的诸多“自我牺牲”,也着实为哺乳动物今日“称霸”世界助了一臂之力。

本文经授权转自我是科学家iScientist。


 可以尽情张大嘴的两位:

河马

黑眉锦蛇


本文首发于果壳我是科学家iScientist

欢迎转发,转载请加微信:Iceclover2011