大约3.75亿年前，一种名为“玫瑰提塔里克”（Tiktaalik roseae）的古代鱼类，它长有可以支撑身体的叶状鳍，在如今加拿大北极地区的浅水中游弋。提塔里克生活在脊椎动物首次从水中过渡到陆地的时期，虽然由于其鳞片和鳃，它在技术上是一种鱼，但它也具有扁平的头部和独特的鳍等特征，这些特征更类似于在水中和陆地上都能活动的动物，如鳄鱼。
现在，科学家们发现它的头骨经过适应，可以使提塔里克在进食时同时利用吸力和咬合。研究人员于2月1日在《美国国家科学院院刊》杂志上报道，这种策略可能为最早爬上陆地的动物提供了过渡阶段。
“这意味着不仅仅是在水中从吸力转向咬合的转变；它更加细致，”芝加哥大学演化生物学家、新发现的合著者贾斯汀·伦姆伯格说。“许多早期四足动物进食的特征可能是在水中为了在水中进食而演化出来的。”
大多数水生脊椎动物，从鱼到鲸，在某种程度上都使用吸力。许多鱼的头骨是有关节的，当动物张开嘴时会扩张，吸入水和食物。
然而，产生这种吸力的动作在空气中效果不佳，因为空气的密度和粘度远低于水。
与今天许多鱼不同，提塔里克有一个扁平的头骨和细长的吻，这使得传统的吸食困难。然而，伦姆伯格的同事们在2004年发现的这种鱼也具有鳃等水生特征。“有很多证据表明，提塔里克以及许多其他早期四足动物仍然非常紧密地与水联系在一起，”伦姆伯格说。虽然它们可能进行过“陆地远足”，他说，但这些动物需要能够在水下进食。
伦姆伯格和他的团队最初认为，考虑到其颚骨的明显相似性，提塔里克可能像鳄鱼一样通过咬合来进食。然而，当他们对化石提塔里克头骨进行CT扫描时，“鳄鱼的比喻就破灭了，”他说。在鳄鱼及其近亲中，口腔的顶部或颚帆与颅骨融合。但提塔里克头骨的颚帆与颊部以及颅骨之间有连接。
研究人员接着研究了短吻鳄，这是一种吻部与鳄鱼相似的鱼，因此得名。短吻鳄被认为是“活化石”，因为它们自1亿多年前首次出现在化石记录中以来变化不大。它们通过咬合来捕捉猎物，并且被认为不擅长吸食。
然而，研究人员意识到，短吻鳄有一系列关节，可以使其在闭合颚部时扩张头骨。当鱼张开嘴时，猎物和水会被吸入。头骨的扩张可以防止水在颚部咬合时被推出去——带走收集到的食物。取而代之的是，水通过鳃被抽出。伦姆伯格和他的同事们使用计算机动画证实，提塔里克的关节可以使其以与短吻鳄类似的方式移动其头骨骨骼。
研究结果表明，最早陆地脊椎动物的鱼类祖先可以在保留吸食能力的同时，演化出咬合的能力。“由于有像短吻鳄这样的中间阶段，从水中到陆地几乎像是踏脚石，它可能更容易将基于咬合的进食系统带到陆地上，”伦姆伯格说。
他和他的团队注意到提塔里克可扩张头骨的另一个优势。一些现代鱼类，如花纹长鼻鱼，在头骨顶部保留了称为喷水孔的开口，使它们既能在空气中也能在水中呼吸。研究人员发现，当提塔里克移动其颚帆时，它自己的喷水孔会扩张，可能增强了其呼吸空气的能力。这种适应将使动物在冒险进入陆地时具有优势。
早期脊椎动物喷水孔周围的骨骼之一，最终演变成了人类和其他现代动物中耳的镫骨。像提塔里克那样可扩张的头骨也会让这块骨骼在与上颚的连接处获得更大的活动自由度。
“这可能为这块骨骼最终融入这些早期四足动物的听觉机制做好了准备，”伦姆伯格说。
