创新背景

对面部进化的传统科学理解是：哺乳动物和爬行动物的颌骨几乎是以相同的方式发展的。尽管哺乳动物有独特的鼻子，但这种结构的进化过程仍然未知。

创新过程

现存的四足动物化石，包括爬行动物和哺乳动物的祖先，都有相同数量的上颚骨，因此很容易被认为它们的骨头是一样的。通过研究胚胎、跟踪细胞发育可以更详细地研究这些骨头。研究人员设计了一系列实验以追踪不同物种胚胎的面部发育，包括鸟类(鸡)、爬行动物(壁虎)和哺乳动物(老鼠)。他们专注于胚胎中一组被称为面部突起的细胞，这些细胞产生了面部的物理结构。

研究人员通过对细胞进行染色跟踪它们移动和生长的过程。一组被称为额鼻突起的细胞形成了爬行动物的颚尖，但在哺乳动物中成为突出的鼻子。哺乳动物的颚尖是由一组叫做上颌骨隆起的独立细胞形成的。

利用从细胞实验中得出的新观点，研究人员随后检查了化石标本。发现随着物种的祖先积累了更多的生理和遗传差异，爬行动物上颌顶端的骨头，即前上颌骨，变得更小并向上迁移，而在它后面的骨头，即中膈骨，变得更大并向前移动成为哺乳动物的下颌顶端。产卵哺乳动物的面部骨骼，如澳大利亚鸭嘴兽和针鼹，提供了从进化较老的爬行动物模型到较新进化的哺乳动物结构过渡的例子。

具有灵活，可移动的鼻子的哺乳动物属于Theria组（粉点的右侧）。随着物种的祖先积累了更多的身体和遗传差异（从左到右显示越来越年轻的物种），颌尖骨，前上颌骨（绿色），变小并向上迁移，它后面的骨头，上颌骨隔（橙色），变大并向前移动，成为哺乳动物的下颌尖端。

这种鼻子和下巴的分离赋予了哺乳动物独特的“嗅觉”能力，它们可以利用肌肉张开鼻孔，深深地吸入环境中的气味。研究人员表示，这一发现是哺乳动物运动鼻子进化过程相关研究中的一个关键创新，它有助于哺乳动物高度敏感的嗅觉。

辨别和识别如此多的气味可能也有助于哺乳动物比早期祖先进化出更大、更复杂的大脑。研究提供了上颌骨前和中腭排列的进化转变的物理证据，但还需要单独的研究来确定遗传原因。

研究明确了多个物种的面部突起和胚胎发育的组成机制，有助于将鸡或青蛙的面部发育障碍与人类进行比较，动物模型未来将成为研究的实际应用。小鼠是目前研究唇腭裂的唯一动物模型。但小鼠的维护成本高，发育速度慢，因此面部发育障碍的其他动物模型可能成为有价值的研究工具。

创新关键点

研究对骨骼和动物胚胎进行新检查，通过比较多个物种的多个胚胎的细胞研究来检验面部结构的进化，发现哺乳动物是突出而灵活的鼻子的进化机制，有助于揭示哺乳动物强烈嗅觉的起源，并为新的动物模型创造了可能性。