今天的哺乳动物和鸟类因能产生自身体温而享有诸多优势。温血动物的新陈代谢率高，这使它们比依赖周围环境来保暖的动物更活跃。它们可以跑得更快，进行长途迁徙，并栖息在寒冷的地带。
现在，一份今天发表在《自然》杂志上的报告，为长期以来哺乳动物何时进化出这一关键特征的谜团提供了新的线索。为了解开这个新陈代谢之谜，一组古生物学家利用了一个令人惊讶的解剖结构：内耳——其形状会受到动物体温的影响。该团队检查了已灭绝和现存物种的内耳，并估计温血性，或称内温性，大约在2.33亿年前晚三叠世期间，在第一批真正的哺乳动物进化之前，就已经在哺乳动物祖先中出现了。
“哺乳动物及其祖先何时进化出内温性，一直是古生物学上一个长期未解的巨大谜团；这是哺乳动物一个非常独特的特征，并且与我们生理学和生物学的许多方面息息相关，”芝加哥菲尔德自然史博物馆化石哺乳动物馆长 Kenneth D. Angielczyk 说。“我们能够比以往任何时候都更精确、更准确地确定哺乳动物式的内温性进化发生的时间。”
以往对内温性出现时间的估计差异很大，并且是基于许多温血动物的化石证据，例如快速生长或夜间活动。然而，Angielczyk 表示，这些特征并非必然是内温性的“专属指标”。例如，维持核心体温的能力可以使动物在夜间保持活跃，此时无法晒太阳，但也有许多生活在炎热气候中的夜行动物爬行动物和两栖动物。
“我们认为，哺乳动物内耳的特定适应性，即耳朵的一部分称为半规管系统，提供了更确凿的答案，”葡萄牙里斯本大学等离子体与核聚变研究所的古生物学家、该研究的另一位合著者 Ricardo Araújo 说。
该半规管是一系列充满液体的螺旋形管道，有助于动物追踪头部运动和空间位置，这对于导航、平衡和运动协调至关重要。这些管道中的液体在体温较高时会变得更稀。这意味着，为了维持正常的运动和平衡，温血动物的半规管需要具有比冷血动物（其内耳液体更浓稠）更不同的特定形状和尺寸。
“内耳系统的调谐需要根据系统将要暴露的温度进行很好的优化，”Araújo 说。“如果你需要（逃离捕食者）奔跑，而你的内耳系统不知道你的头部在哪里，那你就会死，会被吃掉。”
为高温条件设计的精细管道表明，其动物主人能够产生自身内部的热量。研究人员表示，通过观察内耳的形状和相对大小，可以预测动物是温血还是冷血。
有了这些信息，研究团队通过检查化石和现代头骨的内耳CT扫描，来研究哺乳动物内温性的起源。分析涵盖了341个物种，包括234种现代哺乳动物、爬行动物、鸟类和两栖动物，以及64种史前物种，其中包括早期哺乳动物的近亲。
研究小组观察到，最古老的哺乳动物祖先拥有长而粗的半规管，类似于现代冷血爬行动物和两栖动物。相比之下，现代温血哺乳动物的半规管要细得多，相对于其体型来说也更小。
当研究小组利用这些内耳测量值来计算动物的体温时，他们发现对现代物种的估计与已发表的体温数据非常相似。根据他们对已灭绝动物的体温估计，研究小组得出结论，过渡到温血特性发生在一个100万年的时期内，大约在2亿年前第一批真正的哺乳动物出现之前。“从地质学上讲，内温性进化的节奏出奇地快，”Araújo 说。
温血性出现在卡尼阶湿润事件期间——这是一个气候不稳定的时期，其特征是高温和暴雨。Angielczyk 说，能够维持稳定的体温可能帮助哺乳动物的祖先应对环境的剧变。
研究作者认为，哺乳动物内温性的出现与导致一种生理过程的基因变化有关，这种过程使动物成为“一个不断产生热量的工厂”，以及进化出皮毛来防止宝贵的热量散失到周围空气中，Araújo 解释说。
这项新技术在评估动物群体方面比预测单个物种的体温更准确。Angielczyk 承认，明确识别出具体的冷血或温血物种将提供更精确的时间线。对于未来的研究，他和他的团队计划将这项技术扩展到更多已灭绝的生物。“进行更多采样，尤其是在哺乳动物起源附近，将会很有趣，”Angielczyk 说，“并将这种方法应用于化石记录中的其他动物。”
澳大利亚阿德莱德大学的进化生理学家 Roger Seymour（未参与该研究）表示，科学家们至少已经争论了60年哺乳动物是如何变得温血的。新的研究结果可能有助于推动这一讨论向前发展。
Seymour 在一封电子邮件中说：“获得数据和分析数据所涉及的工作量是巨大的。”“数据集非常有价值。”
Seymour 和他的团队此前曾提出，高新陈代谢率甚至在鸟类和哺乳动物的共同祖先（大约3亿年前）就已发展起来。他说，需要更多的证据来证明新论文中报告的半规管的解剖学变化与完全成熟的内温性同时发生，而不是在其之后。
Seymour 说，将内耳结构与内温性联系起来“令人大开眼界”。“这篇论文无疑为哺乳动物谱系中内温性起源的问题提供了一种新方法。”
