The middle ear in multituberculate mammals

• Autorzy: Hurum J H , Presley R , Kielan-Jaworowska Z

Warianty tytułu

PL

Ucho Srodkowe multituberkulatow

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The ear ossicles, preserved in skulls of a tiny Late Cretaceous multituberculate Chulsanbaatar vulgaris from Mongolia are arranged as in modern mammals. This makes the idea of an independent origin of the multituberculates from other mammals unlikely. We report the finding of ear ossicles in Mesozoic multituberculates. Three almost complete incudes and two fragments of malleus are described and compared with those reported in the Paleocene Lambdopsalis and in non-multituberculate mammals. In these Late Cretaceous multituberculates lateral expansion of the braincase is associated with the presence of sinuses and development of extensive masticatory musculature, but not by the expansion of the vestibule, which is moderately developed. It is argued that because of the lateral expansion of the multituberculate braincase, the promontorium is arranged slightly more obliquely with respect to the sagittal plane than in other mammals and the fenestra vestibuli faces anterolaterally, rather than laterally. This results in a corresponding alteration in orientation of the stapes. The epitympanic recess is situated more anteriorly with respect to the fenestra vestibuli than in other mammals. The recess is deep, and the incus must therefore be oriented somewhat vertically. The incus is roughly A-shaped, with crus breve subparallel to the axis of vibration of the malleus. This axis, approximately connecting the anterior process of the malleus and the crus breve of the incus, lies at 45-55º to the sagittal plane in Chulsanbaatar. Probably most multituberculates were similar in this respect. The fragments of the malleus show a very long anterior process, which agrees with the reconstruction of the malleus in Lambdopsalis by Meng & Wyss (1995), and with the partial malleus of Kyptobaatar, described by Rougier et al. (in press)

PL

Kostki słuchowe ssaków (strzemiączko, kowadełko i młoteczek), mieszczące się w uchu środkowym i przekazujące drgania błony bębenkowej do ucha wewnętrznego, bardzo rzadko zachowują się w stanie kopalnym. Niekompletne kostki słuchowe multituberkulatów zostały po raz pierwszy opisane u paleoceńskiego rodzaju Lambdopsalis z Chin przez Miao & Lillegravena (1986). Autorzy ci, oraz Miao (1988) zrekonstruowali młoteczek z rękojeścią skierowaną ku tyłowi, a nie skośnie ku przodowi i dośrodkowo jak u wszystkich innych ssaków. Niekompletne kostki słuchowe zostały nastepnie odkryte w czterech okazach maleńkiego multituberkulata Chulsanbaatar vulgaris z późnej kredy Mongolii, w materiałach zebranych przez Polsko-Mongolskie Wyprawy Paleontologicme do Mongolii, znajdujących się w zbiorach Instytutu Paleobiologii Polskiej Akademii Nauk. Jeden z tych okazów zostal krótko opisany w poprzedniej naszej pracy (Hurum et al. 1995), a trzy w niniejszej pracy. Opisane kostki słuchowe Chulsanbaatar vulgaris obejmują trzy prawie kompletne kowadełka (po raz pierwszy znalezione u multituberkulatów) i dwa fragmenty młoteczka. W poprzedniej pracy opisano również kowadełko oraz strzemiączko, jednakże identyfikacja tego ostatniego elementu nie jest calkowicie pewna. Kowadełko ma w przybliżeniu kształt litery A. W zwiąku z bocznym rozszerzeniem puszki mózgowej multituberkulatów, promontorium ustawione jest u nich nieco bardziej skośnie w stosunku do osi czaszki niż u innych ssaków, co powoduje, że okienko przedsionka jest zwrócone w bok i ku przodowi, a nie tylko w bok, jak u innych ssaków. Położenie okienka przedsionka wpływa na zmianę ustawienia strzemiączka. Zachyłek nadbębenkowy jest położony bardziej ku przodowi w stosunku do okienka przedsionka niż u innych ssaków i jest głęboki, dlatego kowadełko musiało być ustawione prawie pionowo, z odnogą krótką skierowaną równolegle do osi drgań młoteczka. Zachowane fragmenty młoteczka wykazują obecność długiego wyrostka donosowego, co zgadza się z rekonstrukcją młoteczka u paleoceńskiego Lambdopsalis (Meng & Wyss 1995), z odkrytymi ostatnio fragmentami kostek słuchowych multituberkulata Kryptobaatar z późnej kredy Mongoliii (Rougier et al. w druku), a także z budową młoteczka u stekowców oraz u zarodków prymitywnych ssaków (Fleischer 1973, 1978; Maier 1989, 1990). Dane te (mimo że rękojeść młoteczka nie została dotychczas znaleziona u multituberkulatów) wskazują, że kostki słuchowe multituberkulatów miały taką samą orientację jak u ssaków współczesnych (Fig. 6). Rekonstrukcja kostek słuchowych multituberkulatów przedstawiona w niniejszej pracy nie zgadza sie z rekonstrukcją Miao & Lillegravena (1986) i przemawia przeciw wyodrębnieniu się multituberkulatów z gadów ssakokształtnych oddzielnie od pozostałych ssaków, a więc stanowi argument na korzyść monofiletyzmu ssaków. Ponadto, na podstawie szlifów seryjnych czaszek multituberkulatów Chulsanbaatar vulgaris i Nemegtbaatar gobiensis, wykazano (Fig. 8), że średnica przedsionka u tych multituberkulatów jest około dwukrotnie większa niż średnica ślimaka, tak samo jak to ma miejsce u osesków współczesnych ssaków. Luo & Ketten (1991), na podstawie niejasnych przekrojów tomograficznych kości skalistej multituberkulatów Catopsalis i Moeniscoessus, stwierdzili, że średnica przedsionka jest u nich odpowiednio 5 i 7 razy większa niż średnica ślimaka i zasugerowali, że silnie powiększony przedsionek stanowi synapomorfię multituberkulatów. Na podstawie danych opublikowanych w niniejszej pracy, wniosek ten odrzuciliśmy.

Słowa kluczowe

PL

fauna kopalna; Lambdopsalis; ssaki; stekowce; czaszki; ucho srodkowe; kowadelko; mloteczek; paleocen; Mongolia; strzemiaczko; Nemegtbaatar gobiensis; kreda; paleontologia; Chulsanbaatar vulgaris; paleozoologia; Kryptobaatar; kosteczki sluchowe; morfologia zwierzat; multituberkulaty

• Wydawca: -
• Czasopismo: Acta Palaeontologica Polonica
• Rocznik: 1996
• Tom: 41
• Numer: 3
• Opis fizyczny: s.253-275,fot.,rys.,bibliogr.

Twórcy

autor

Hurum J H

• Paleontologisk Museum, Universitetet i Oslo, Sars gate 1, N-0562 Oslo, Norway

autor

Presley R

• Anatomy Unit, School of Molecular and Medical Biosciences, University of Wales College, Cardiff CF1 3US, U.K

autor

Kielan-Jaworowska Z

• Paleontologisk Museum, Universitetet i Oslo, Sars gate I , N-0562 Oslo

Bibliografia

• Allin, E.F. 1975. Evolution of the mammalian middle ear. - Journal of Morphology 47, 403-437.
• Allin, E.F. 1986. The auditory apparatus of advanced mammal-like reptiles and early mammals. In:N. III, Hotton, P.D. MacLean, J.J. Roth, & E.C. Roth (eds), The Ecology and Biology of Mammal-like Reptiles, 283-294, Smithsonian Institution Press, Washington.
• Allin, E.F. & Hopson, J.A. 1992. Evolution of the auditory system in Synapsida ("mammal-like reptiles" and primitive mammals) as seen in the fossil record. In: D.B. Webster, R.R. Fay, & A.N. Popper (eds), The Euolutionary Biology of Hearing, 587-614. Springer-Verlag, New York.
• Archibald J.D. 1979. Oldest known eutherian stapes and a marsupial petrosal bone from the Late Cretaceous of North America. - Nature 281, 669-670.
• Butler, P.M. & MacIntyre, G.T. 1994. Review of British Haramiyidae (?Mammalia, Allotheria), their molar occlusion and relationships. - Philosophical Transactions of the Royal Society of London B 345,433-458.
• Clemens, W.A. & Kielan-Jaworowska. Z. 1979. Multituberculata. In: J.A. Lillegraven, Z. Kielan-Jaworowska, & W.A. Clemens (eds), Mesozoic Mammals: The First Two-Thirds of Mammalian History, 99-149. University of California Press, Berkeley.
• Crompton, A.W. & Luo, Z. 1993. The relationships of Liassic mammals Sinoconodon, Morganucodon ohleri and Dinnetherium. In: F.S. Szalay, M.J. Novacek, & M.C. McKenna (eds), Mammal Phylogeny: Mesozoic Differentiation, Multituberculates, Monotremes, Early Therians, and Marsupials, 30-44. Springer Verlag, New York.
• Crompton, A.W. & Sun, A. 1985. Cranial structure and relationships of the Liassic mammal Sinoconodon. - Zoological Journal of the Linnean Society 85, 99-119.
• Fleischer, G. 1973. Studien am Skelett des Gehörorgans der Säugetiere, einschließlich des Menschen. - Säugetierkundliche Mitteilungen 21, 131-239.
• Fleischer, G. 1978. Evolutionary principles of the mammalian middle ear. - Advances in Anatomy, Embryology and Cell Biology 55, 1-69.
• Gaupp, E. 1913. Die Reichertsche Theorie (Hammer-, Amboss- und Kieferfarge). - Archiv für Anatomie und Entwicklungsgeschichte 1912, 1-416.
• Gambaryan, P.P. & Kielan-Jaworowska, Z. 1995. Masticatory musculature of Asian taeniolabidoid multituberculate mammals. - Acta Palaeontologica Polonica 40, 45-108.
• Graybeal, A., Rosowski, J.J., Ketten, D.R., & Crompton A.W. 1989. Inner-ear structure in Morganucodon, an early Jurassic mammal. - Zoological Journal of the Linnean Society 96, 107-117.
• Hahn, G. 1973. Neue Zahne von Haramiyiden aus der Deutschen Ober-Trias und ihre Beziehungen zu den Multituberculaten. - Palaeontographica A 142, 1-15.
• Hahn, G. 1977. Das Coronoid der Paulchoffatiidae (Multituberculata; Ober Jura). - Paläontologische Zeitschrift 51, 246-253.
• Hahn, G. 1978. Neue Unterkiefer von Multituberculaten aus dem Malm Portugals. - Geologica and Palaeontologica 12, 177-212.
• Hahn, G. 1988. Die Ohr-Region der Paulchoffatiidae (Multituberculata, Ober-Jura). - Palaeovertebrata 12, 155-185.
• Hahn, G. 1993. The systematic arrangement of the Paulchoffatiidae (Multituberculata) revisited. - Geologica et Palaeontologica 27, 201-214.
• Hahn, G., Lepage, J.C., & Wouters, G. 1987. Ein Multituberculaten-Zahn aus der Ober-Wias von Gaume (S-Belgien). - Bulletin de la Societé Belge de Géologie 96, 39-47.
• Hurum, J.H. 1994. The snout and orbit of Mongolian multituberculates studied by serial sections. - Acta Palaeontologica Polonica 39, 181-222.
• Hurum, J.H., Presley, R., & Kielan-Jaworowska, Z. 1995. Multituberculate car ossicles. In: A. Sun & Y. Wang (eds), Sixth Symposium on Mesozoic Terrestrial Ecosystems and Biota, Short Papers, 243-246. China Ocean Press, Beijing.
• Jollie, M. 1962. Chordate Morphology. 478 pp. Reinhold Books in the Biological Sciences, Reinhold Publishing Corporation New York.
• Kermack, D.M., Kermack, K.A., & Mussett, F. 1968. The Welsh pantothere Kuehneotherium praecursoris. - Journal of the Linnean Society (Zoology) 47, 407-423.
• Kermack, K.A., Mussett, F., & Rigney, H.W. 1981. The skull of Morganucodon. - Zoological Journal of the Linnean Society 71, 1-158.
• Kermack, K.A. 1988. British Mesozoic mammal sites. - Special Papers in Palaeontology 40, 85-93.
• Kermack, K.A., Mussett, F., & Rigney, H.W. 1973. The 1ower jaw of Morganucodon. - Zoological Journal of the Linnean Society 53, 87-175.
• Kermack, K.A., Mussett, F., & Rigney, H.W. 1981. The skull of Morganucodon. - Zoological Journal of the Linnean Society 71, 1-158.
• Kihle, J. 1995a. The new possibilities of luminescence spectroscopy of microscopic matter. In: D.L. Andrews & A.M.C. Andrews (eds), Frontiers inAnalytica1 Spectroscopy, 56-60. The British Royal Society of Chemistry.
• Kihle, J. 1995b. Adaptation of Fluorescence Excitation-Emission Micro-Spectroscopy for characterization of single hydrocarbon fluid inclusions. - Organic Geochemistry 23, 1029-1042.
• Kielan-Jaworowska, Z. 1970. New Upper Cretaceous multituberculate genera from Bayn Dzak, Gobi Desert. In: Z. Kielan-Jaworowska (ed.), Results of the Polish-Mongolian Palaeontological Expeditions, pt. II. - Palaeontologia Polonica 21, 35-49.
• Kielan-Jaworowska, Z. 1971. Skull structure and affinities of the Multituberculata. In: Z. Kielan-Jaworowska (ed.), Results of the Polish-Mongolian Palaeontological Expeditions, pt. III. - Palaeontologia Polonica 25, 5-41.
• Kielan-Jaworowska, Z. 1974. Multituberculate succession in the Late Cretaceous of the Gobi Desert (Mongolia). In: Z. Kielan-Jaworowska (ed.), Results of the Polish-Mongolian Palaeontological Expeditions, pt. V. - Palaeontologia Polonica 34, 23-44.
• Kielan-Jaworowska, Z. 1981. Evolution of the therian mammals in the Late Cretaceous of Asia. Part IV. Skull structure in Kennalestes and Asioyctes. In: Z. Kielan-Jaworowska (ed.), Results of the Polish-Mongolian Palaeontological Expeditions, pt. IX. - Palaeontologia Polonica 42, 25-78.
• Kielan-Jaworowska, Z. (in press). Characters of multituberculates neglected in phylogenetic analyses of early mammals. - Lethaia.
• Kielan-Jaworowska, Z., Presley, R., & Poplin, C. 1986. The cranial vascular system in taeniolabidoid multituberculate mammals. - Philosophical Transactions of the Royal Society of London B 313, 525-602.
• Lillegraven, J.A. & Hahn, G. 1993. Evolutionary analysis of the middle and inner ear of Late Jurassic multituberculates. - Journal of Mammalian Evolution 1, 47-74.
• Lillegraven, J.A. & Krusat, G. 1991. Cranio-mandibular anatomy of Haldanodon exspectatus (Docodonta; Mammalia) from the Late Jurassic of Portugal and its implications to the evolution of mammalian characters. - Contributions to Geology, University of Wyoming 28, 39-138.
• Lombard, R.E. & Bolt, J.R. 1979. Evolution of the tetrapod ear: An analysis and reinterpretation. - Biological Journal of the Linnean Society 11, 19-76.
• Luo, Z. & Crompton, A.W. 1994. Transformation of the quadrate (incus) through the transition from non-mammalian cynodonts to mammals. - Journal of Vertebrate Paleontology 14, 341-374.
• Luo, Z. & Ketten, D.R. 1991. CT scanning and computerized reconstructions of the inner ear of multituberculate mammals. - Journal of Vertebrate Paleontology 11, 220-228.
• Maier, W. 1989. Morphologische Untersuchungen am Mittelohr der Marsupialia. - Zeitschrift für Zoologische Systematik und Evolutionsforschung 27, 149-168.
• Maier, W. 1990. Phylogeny and ontogeny of mammalian middle ear structures. - Netherlands Journal of Zoology 40, 55-74.
• Meng, J. 1992. The stapes of Larnbdopsalis bulla (Multituberculata) and transformational analysis of some stapedial features in Mammaliaformes. - Journal of Vertebrate Paleontology 12, 459-471.
• Meng, J. & Wyss, A.R. 1995. Monotreme affinities and low frequency hearing suggested by multituberculate ear. - Nature 377, 141-144.
• Miao, D. 1988. Skull morphology of Lambdopsalis bulla (Mammalia, Multituberculata) and its implications to mammalian evolution. - Contributions to Geology, University of Wyoming, Special Paper 4, 1-104.
• Miao, D. 1993. Cranial morphology and multituberculate relationships. In: F.S. Szalay, M.J. Novacek, & M.C. McKenna (eds), Mammal Phylogeny: Mesozoic Differentiation, Multituberculates, Monotremes, Early Therians, and Marsupials, 63-74. Springer Verlag, New York.
• Miao, D. & Lillegraven, J.A. 1986. Discovery of three ear ossicles in a multituberculate mammal. - National Geographic Research 2, 500-507.
• Novacek, M.J. 1993. Patterns of diversity in the mammalian skull. In: J. Hanken & B.K. Hall (eds), The Skull. Volume 2: Patterns of Structural and Systematic Diversity, 438-545. The University of Chicago Press, Chicago.
• Reichert, C. 1837. Über die Visceralbogen der Wirbeltiere im Allgemeinen und deren Metamorphosen bein den Vögeln und Säuetieren. - Archiv für Anatomie, Physiologie und wissenschaftliche Medizin, Leipzig 1837, 120-222.
• Rougier, G.W., Wible, J.R., & Novacek, M.J. 1996. Multituberculate phylogeny. - Nature 379, 406.
• Rougier, G.W., Wible, J.R., & Novacek, M.J. (in press). Middle-ear ossicles of the multituberculate Kryptobaatar from the Mongolian Late Cretaceous: implications for mammaliamorph relationships and the evolution of the auditory apparatus. - American Museum Novitates.
• Rowe, T. 1995. Brain heterochrony and the origin of the mammalian middle ear: new data from high resolution X-ray CT. - Journal of Vertebrate Paleontology 15, Supplement to No. 3, 50A.
• Sigogneau-Russell, D. 1989. Haramiyidae (Mammalia, Allotheria) en provenance du Trias superieur de Lorraine (France). - Palaeontographica A 206, 137-198.
• Sigogneau-Russell, D. & Hahn, G. 1994. Late Triassic microvertebrates from central Europe. In: N.S. Fraser & H.-D. Sues (eds), In the Shadow of the Dinosaurs, 197-213. Cambridge University Press, Cambridge.
• Simpson, G.G. 1937. Skull structure of the Multituberculata. - Bulletin of the American Museum of Natural Histoy 73, 727-763.
• Sloan, R.E. 1979. Multituberculata. In: R.W. Fairbridge & D. Jablonski (eds), The Encyclopedia of Paleontology, 492-498. Dowden, Hutchison & Ross, Inc., Stroudsburg.
• Starck, D. 1975. Embryologie. 704 pp. Georg Thieme, Stuttgart.
• Wible, J.R. 1990. Petrosals of Late Cretaceous marsupials from North America, and a cladistic analysis of the petrosal in therian mammals. - Journal of Vertebrate Paleontology 10, 183-205.
• Wible, J.R. 1991. Origin of Mammalia: the craniodental evidence reexamined. - Journal of Vertebrate Paleontology 11, 1-28.
• Wible, J.R., Rougier, G.W., Novacek, M.J., McKenna, M.C., & Dashzeveg, D. 1995. A mammalian petrosal from the Early Cretaceous of Mongolia: Implications for the evolution of the ear region and mammaliamorph interrelationships. - American Museum Nouitates 3149, 1-19.
• Zeller, U. 1993. Ontogenetic evidence for cranial homologies in monotremes and therians, with special reference to Ornithorhynchus. In: F.S. Szalay, M.J. Novacek, & M.C. McKenna (eds), Mammal Phylogeny: Mesozoic Differentiation, Multituberculates, Monotremes, Early Therians, and Marsupials, 95-107. Springer Verlag, New York.