頜骨是從鰓弓演變而來的，鰓弓是魚類中支持其鰓的一系列結(jié)構(gòu)。2022年3月18日發(fā)表在《科學(xué)進(jìn)展》雜志上的一項(xiàng)新研究，探討了一個(gè)呼吸結(jié)構(gòu)如何變成一個(gè)咬合結(jié)構(gòu)。為此，位于布里斯托爾地球科學(xué)學(xué)院的研究人員收集了化石頜骨在早期進(jìn)化過程中的形狀數(shù)據(jù)，并建立了數(shù)學(xué)模型來描述它們的特征。這些模型使研究小組能夠推斷出廣泛的理論頜骨形狀，這些形狀可能已經(jīng)被最早進(jìn)化的頜骨所探索。這些理論上的頜骨被測(cè)試了它們的強(qiáng)度--它們?cè)谝Ш线^程中斷裂的可能性有多大，以及它們的速度--它們能多有效地被打開和關(guān)閉。這兩種功能是相互權(quán)衡的--意味著增加強(qiáng)度通常意味著降低速度，反之亦然。

對(duì)比真實(shí)和理論上的頜骨形狀發(fā)現(xiàn)，頜骨的進(jìn)化一直被限制在具有最高速度和強(qiáng)度的形狀。具體來說，數(shù)據(jù)集中最早的頜骨是極其理想的，隨著時(shí)間的推移，一些群體的進(jìn)化遠(yuǎn)離了這種最佳狀態(tài)。這些結(jié)果表明，咬合的進(jìn)化是非常迅速的。

布里斯托爾大學(xué)的博士生和主要作者William Deakin說：“頜骨是有頜類動(dòng)物的一個(gè)極其重要的特征。它們不僅極為普遍，而且?guī)缀跛袚碛兴鼈兊纳锒家酝瑯拥姆绞绞褂盟鼈?-抓取食物并加工。這比前肢、后肢或尾巴更能說明問題，因?yàn)樗鼈兛梢杂脕碜龈鞣N各樣的事情。”

“這使得頜骨對(duì)研究功能進(jìn)化的人來說非常有用。來自非常不同的動(dòng)物的非常不同的頜部可以用類似的方式進(jìn)行測(cè)試。在這里，我們的研究已經(jīng)表明，對(duì)大量種類的頜部進(jìn)行研究，使用理論形態(tài)學(xué)和適應(yīng)性景觀來捕捉其功能的多樣性，可以幫助闡明一些進(jìn)化問題。”

布里斯托爾大學(xué)古生物學(xué)教授、該研究的共同作者Philip Donoghue說：“最早的有頜脊椎動(dòng)物有各種形狀和大小的頜部，長期以來被認(rèn)為是反映了對(duì)不同功能的適應(yīng)。我們的研究表明，這種變異的大部分對(duì)力量和速度同樣是最理想的，這使得它們成為可怕的捕食者。”

布里斯托爾大學(xué)古生物學(xué)教授、該研究的共同作者Emily Rayfield補(bǔ)充說：“Will為分析有頜脊椎動(dòng)物的進(jìn)化而開發(fā)的新軟件，是獨(dú)一無二的。它使我們能夠繪制關(guān)鍵解剖學(xué)創(chuàng)新的設(shè)計(jì)空間，如頜，并確定其功能特性。我們計(jì)劃用它來揭開進(jìn)化史的更多秘密。”